Архив метки: квантовая биология

Биологическая совместимость

(Январь 2014)

На стыке биологии, информатики и квантовой физики в последние годы отмечается череда знаменательных достижений. При их рассмотрении в совокупности, междисциплинарные открытия и успехи сулят революционные перемены в каждой из соприкасающихся областей, а также в общем понимании человеком природы и себя самого…

sm.cover.600

Все — это информация

Один из патриархов теоретической физики XX века, Джон Арчибальд Уилер (1911–2008), прожил на редкость долгую и плодотворную жизнь. Можно сказать, это была жизнь, насыщенная удивительными научными прозрениями, играми с великими идеями и близкими знакомствами со множеством выдающихся ученых из разных исторических эпох.

В юные годы Уилеру посчастливилось работать под началом отца квантовой физики Нильса Бора. В последующие времена уже ему самому многократно доводилось быть наставником для нескольких поколений ученых, знаменитых достижениями подлинно мирового уровня.

Достаточно упомянуть, что среди аспирантов, готовивших свои диссертации под руководством Джона Уилера, были отец квантовой электродинамики Ричард Фейнман (1930-40-е), отец концепции многомирия или мультиверса Хью Эверетт (1950-е), отец теоретико-информационного подхода к черным дырам Яков Бекенштейн (1970-е), отец квантового компьютинга Дэвид Дойч (1980-е).

(Все эти «отцы» великих теорий, ясное дело, были отнюдь не единственными в своем роде, но уже сам перечень имен хорошо отражает плотность тех «полей и фонтанов» научной креативности, что всегда были характерны для Уилера и его окружения.)

Читать далее Биологическая совместимость

К точке критического перехода

(Май 2013)

Суперкомпьютеры – как передовой авангард информационных технологий – вступают в фазу чрезвычайно важных перемен. Имеет смысл представлять, что это за перемены, и почему они важны для всех.

isc-13-slide

В середине июня город Лейпциг, Германия, принимает у себя очередной главный форум всемирного суперкомпьютерного сообщества – ISC’13 или International Superсomputer Conference 2013. По давно заведенной традиции, в рамках этого мероприятия оглашается TOP500, то есть рейтинговый список полутысячи самых быстрых и мощных вычислительных систем планеты.

Понятно, наверное, что суперкомпьютеры, занимающие самые престижные верхние строчки в TOP500 – это не только предмет особой гордости государств, владеющих столь ценными хайтек-ресурсами, но еще и своеобразное зеркало, отражающее самые передовые тенденции в области высокопроизводительных вычислений или кратко HPC (High Performance Computing).

Соответственно, ту небольшую группу людей, которым сообщество доверило работу по ежегодному составлению и редактированию списка TOP500, принято расценивать как наиболее компетентных и знающих специалистов в сфере HPC.

Опять-таки по давней традиции, соредакторами TOP500 являются четыре человека – два из Америки и два из Европы (в обозримом будущем, естественно, появятся и представители Азии, но пока этого нет). И неудивительно, что когда кто-то редакторов TOP500 выступает с докладом о положении и тенденциях в отрасли, то к их словам принято внимательно прислушиваться.

Удивительным же тут является вот что. Примерно за месяц до начала ISC’13, в мае 2013, один из соредакторов TOP500 с американской стороны, Хорст Саймон (Horst Simon) два раза подряд выступил на конференциях помельче с одним и тем же, по сути, программным докладом, озаглавленным подчеркнуто вызывающе: «Вычисления экза-масштаба и почему мы их не получим к 2020 году» (см.  PDF-презентацию).

Читать далее К точке критического перехода

Квантовый биокомпьютер

(Впервые опубликовано – июнь 2012)

Прогресс компьютерной индустрии, последние полвека обеспечиваемый постоянной миниатюризацией элементов микросхем, неотвратимо приближается к пределу возможностей кремниевых технологий. Иначе говоря, явно пора подыскивать альтернативные модели вычислителей.

QuantumBiology

На смену кремниевым чипам

По давно уже сложившейся традиции (и вследствие естественных технических причин), активность в области высокопроизводительных вычислений – или кратко суперкомпьютеров – всегда сфокусирована на самых передовых компьютерных технологиях человечества.

Промежуток времени, разделяющий те моменты, когда производительность наиболее мощных суперкомпьютеров планеты становится доступна вполне обычному настольному или мобильному электронному устройству, может быть длиннее или короче. Но общее правило остается неоспоримым: то, что вчера считалось пределом вычислительных возможностей, завтра становится общедоступной технологией.

Формулируя чуть иначе, тенденции, доминирующие ныне в узкоспециальной области суперкомпьютерных монстров, занимающих собой здоровенные помещения, на самом деле важны и интересны абсолютно для всех, кто уже не мыслит свою жизнь без компьютерной техники. И именно поэтому особого внимания заслуживают прогнозы экспертов относительно недалекого будущего суперкомпьютеров.

На проходивший в июне в Гамбурге, Германия, очередной Международной суперкомпьютерной конференции ISC ’12 (www.isc-events.com/isc12/) в качестве одного из основных докладчиков выступал американский ученый Томас Стерлинг. Среди специалистов он широко известен как «отец» популярной кластерной архитектуры Beowulf и как один из создателей самой быстрой на сегодня вычислительной техники петафлопсного масштаба (1 петафлопс = 1015 FLOPS, т. е. квадриллион или миллион миллиардов операций с плавающей запятой в секунду).

Доклад Стерлинга на конференции был посвящен общему обзору текущих достижений и тенденций в отрасли, однако для данной статьи особый интерес представляет авторитетное мнение специалиста относительно грядущих перспектив суперкомпьютинга. Непосредственно перед ISC ’12 в компьютерной прессе появилось обширное интервью Томаса Стерлинга, в котором он аргументированно обрисовал неблестящее, мягко говоря, будущее суперкомпьютеров на основе кремниевых чипов.

Суть прогноза сводится к тому, что технологии полупроводниковых микросхем, стабильно развивающие компьютерную индустрию вот уже около полувека, ныне быстро приближаются к своим физическим, идеологическим и конструктивным пределам.

Согласно выводам Стерлинга, порогом производительности для кремниевых чипов станет следующий, экзафлопсный рубеж (порядка квинтиллионов или 1018 операций в секунду). А для того, чтобы двигаться дальше, ученым и инженерам придется создавать нечто в корне иное: «Возможно, это будет что-то типа квантового компьютинга, метафорического компьютинга, или биологического компьютинга. Но что бы там ни было, это будет не то, чем мы занимались последние семь десятилетий»…

Все, кто интересуется новыми компьютерными технологиями, наверняка слышали или читали о некоторых из упомянутых Стерлингом направлениях исследований в области высокопроизводительных вычислений.

Больше всего говорят о «квантовых компьютерах», оперирующих регистрами кубитов на основе законов квантовой физики. Заметно меньше – о «классических» биологических вычислителях, построенных на основе манипуляций сложными биомолекулами вроде ДНК. Практически ничего не публикуется, правда, об интригующей технологии «метафорический компьютинг» на базе эффектов нелинейной оптики, но это тема совсем другого разговора (подробности см тут:  kiwiarxiv.wordpress.com/2013/04/28/201206/).

Здесь же будет рассказано про еще одно – любопытное и перспективное – направление научных исследований под названием «квантовая биология». Важная роль, которую, как выясняется, играют эффекты квантовой физики в жизни биологических систем, ныне расценивается как одно из наиболее неожиданных и волнующих открытий последних лет в области биологии.

Пока что это открытие плохо стыкуется с доминирующими в физике взглядами на мир, однако стабильно растущее число экспериментальных свидетельств и теоретических исследований понемногу укрепляют фундамент квантовой биологии. Новой области, сулящей не только лучшее понимание природы, но и, среди прочего, существенный прогресс в сферах компьютеров, связи и передачи энергии. Читать далее Квантовый биокомпьютер