Google วางแผนที่จะแสดงให้เห็นถึงอำนาจสูงสุดของคอมพิวเตอร์ควอนตัม
คอมพิวเตอร์ควอนตัมได้ให้คำมั่นสัญญามานานแล้วว่าจะทำการคำนวณบางอย่างซึ่งเป็นไปไม่ได้—หรืออย่างน้อยก็ทำไม่ได้เลย—แม้แต่กับคอมพิวเตอร์ทั่วไปที่ทรงพลังที่สุดก็ยังทำได้ ตอนนี้ นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการของ Google ในเมือง Goleta รัฐแคลิฟอร์เนีย ในที่สุดก็อาจต้องพิสูจน์ โดยใช้ควอนตัมบิตหรือ qubits ชนิดเดียวกัน ซึ่งวันหนึ่งสามารถสร้างเครื่องจักรควอนตัมขนาดใหญ่ได้
ภายในสิ้นปีนี้ ทีมงานตั้งเป้าที่จะเพิ่มจำนวนคิวบิตตัวนำยิ่งยวดที่สร้างขึ้นบนวงจรรวมเพื่อสร้างอาร์เรย์ขนาด 7 x 7 ด้วยควอนตัม IC นี้ นักวิจัยของ Google ตั้งเป้าที่จะดำเนินการให้สุดความสามารถแม้กระทั่งซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ดีที่สุด และเพื่อแสดงให้เห็นถึง “อำนาจสูงสุดของควอนตัม”
“เป็นเวลาหลายปีแล้วที่เรากำลังพูดถึงว่าโปรเซสเซอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพอย่างไรเนื่องจากกลไกการทำงานของควอนตัม แต่เราต้องการที่จะแสดงให้เห็นโดยเฉพาะ” สมาชิกในทีมJohn Martinisศาสตราจารย์แห่ง University of กล่าว แคลิฟอร์เนีย ซานตา บาร์บาร่า ที่เข้าร่วม Google ในปี 2014
ขนาดระบบของ qubits ตัวนำยิ่งยวด 49 ตัวยังห่างไกลจากสิ่งที่นักฟิสิกส์คิดว่าจะต้องใช้ในการคำนวณประเภทต่าง ๆ ที่มีการวิจัยคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีแรงจูงใจมายาวนาน หนึ่งในนั้นคืออัลกอริธึมของ Shor ซึ่งเป็นรูปแบบการคำนวณที่จะช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมแยกตัวประกอบตัวเลขจำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว และทำให้แตกหนึ่งในองค์ประกอบพื้นฐานของการเข้ารหัสสมัยใหม่ ในความเห็นล่าสุดในNatureMartinis และเพื่อนร่วมงานคาดการณ์ว่าจำเป็นต้องใช้ระบบ 100 ล้านคิวบิตเพื่อแยกตัวประกอบตัวเลข 2,000 บิต ซึ่งเป็นความยาวของคีย์สาธารณะที่ไม่ธรรมดาในหนึ่งวัน qubits เหล่านั้นส่วนใหญ่จะใช้เพื่อสร้างสถานะควอนตัมพิเศษที่จำเป็นในการคำนวณและแก้ไขข้อผิดพลาด โดยสร้าง “qubits เชิงตรรกะ” ที่เสถียรเพียงพันหรือมากกว่านั้นจากส่วนประกอบทางกายภาพที่มีความเสถียรน้อยกว่าหลายพันตัว Martinis กล่าว
จะไม่มีโครงสร้างพื้นฐานพิเศษดังกล่าวในระบบ 49 บิต ซึ่งหมายความว่าต้องทำการคำนวณที่แตกต่างกันเพื่อสร้างอำนาจสูงสุด เพื่อแสดงให้เห็นถึงความเหนือกว่าของชิปเหนือคอมพิวเตอร์ทั่วไป ทีมงาน Google จะดำเนินการกับอาร์เรย์ซึ่งจะทำให้ชิปมีวิวัฒนาการอย่างไม่เป็นระเบียบและสร้างสิ่งที่ดูเหมือนเป็นเอาต์พุตแบบสุ่ม เครื่องจักรแบบคลาสสิกสามารถจำลองเอาท์พุตนี้สำหรับระบบที่มีขนาดเล็กกว่า ตัวอย่างเช่น ในเดือนเมษายน ห้องทดลองแห่งชาติ Lawrence Berkeley รายงานว่า Cori ซึ่งเป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์ 29-petaflopได้จำลองเอาต์พุตที่ 45 qubits แต่ 49 qubits จะผลักดัน – ถ้าไม่เกิน – ขีด จำกัด ของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั่วไป
การคำนวณนี้ยังไม่มีการใช้งานจริงที่ชัดเจน แต่ Martinis กล่าวว่ามีเหตุผลอื่นนอกเหนือจากการแสดงให้เห็นถึงอำนาจสูงสุดของควอนตัมเพื่อดำเนินการตามแนวทางนี้ qubits ที่ใช้ในการสร้างอาร์เรย์ 49 บิตยังสามารถใช้เพื่อสร้างระบบควอนตัม “สากล” ที่ใหญ่ขึ้นด้วยการแก้ไขข้อผิดพลาด การเรียงลำดับที่สามารถทำสิ่งต่างๆ เช่น การถอดรหัส ดังนั้นชิปควรให้ข้อมูลการตรวจสอบที่เป็นประโยชน์
ทีมงานอาจสงสัยว่าอาจมีศักยภาพในการคำนวณที่ยังไม่ได้ใช้ในระบบที่มีการแก้ไขข้อผิดพลาดเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย “คงจะวิเศษมากถ้าสิ่งนี้เป็นจริง เพราะถ้าอย่างนั้นเราสามารถมีผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์ได้ทันที แทนที่จะรอเป็นเวลานาน” Martinis กล่าว ทีมงานแนะนำว่าการใช้งานที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งอาจอยู่ในการจำลองปฏิกิริยาเคมีและวัสดุ
เมื่อเร็วๆ นี้ Google ได้ดำเนินการตามแนวทางแบบแห้งในอาร์เรย์ qubits ขนาด 9 คูณ 1 และทดสอบเทคโนโลยีการประดิษฐ์บางอย่างบนอาร์เรย์ 2 ต่อ 3 การเพิ่มจำนวน qubits จะเกิดขึ้นเป็นขั้นตอน “นี่เป็นปัญหาด้านวิศวกรรมระบบที่ท้าทาย” Martinis กล่าว “เราต้องขยายขนาดขึ้น แต่ qubits ยังต้องทำงานได้ดี เราไม่สามารถสูญเสียความเที่ยงตรงได้ อัตราความผิดพลาดที่เพิ่มขึ้นใดๆ และฉันอยากจะบอกว่าอัตราความผิดพลาดและการปรับขนาดมีแนวโน้มที่จะแข่งขันกันเอง” ถึงกระนั้น เขากล่าว ทีมงานคิดว่าอาจมีวิธีที่จะขยายระบบได้ดีกว่า 50 qubits แม้ว่าจะไม่มีการแก้ไขข้อผิดพลาดก็ตาม
Google ไม่ใช่บริษัทเดียวที่สร้างระบบควอนตัมขนาดใหญ่ขึ้นโดยไม่มีการแก้ไขข้อผิดพลาด ในเดือนมีนาคม IBM ได้เปิดเผยแผนการที่จะสร้างระบบ qubit ที่มีตัวนำยิ่งยวดดังกล่าวในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า รวมทั้งมีประมาณ 50 qubits และทำให้สามารถเข้าถึงได้บนคลาวด์ “ห้าสิบเป็นตัวเลขมหัศจรรย์” Bob Sutor รองประธานของ IBM สำหรับพื้นที่นี้กล่าว เพราะนั่นคือจุดที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเริ่มแซงหน้าคอมพิวเตอร์คลาสสิกสำหรับงานบางอย่าง
คุณภาพของ qubits ตัวนำยิ่งยวดมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงหลายปีที่ผ่านมานับตั้งแต่ D-Wave Systems เริ่มให้บริการคอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงพาณิชย์Scott Aaronsonศาสตราจารย์ด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสตินกล่าว D-Wave ซึ่งตั้งอยู่ในเมือง Burnaby รัฐบริติชโคลัมเบีย ประเทศแคนาดา อ้างว่าระบบของตนมีความเร็วเหนือกว่าเครื่องจักรทั่วไป แต่ Aaronson กล่าวว่าไม่มีการสาธิตที่น่าเชื่อในเรื่องนี้ เขากล่าวอย่างชัดเจนว่า Google ตั้งเป้าที่จะแสดงให้เห็นถึงอำนาจสูงสุดของควอนตัมที่ “ไม่ใช่สิ่งที่คุณจะต้องเหล่และโต้แย้ง”
ยังไม่ชัดเจนว่ามีงานที่เป็นประโยชน์ที่ชิป 50-or-so-qubit สามารถทำได้หรือไม่ Aaronson กล่าว และไม่แน่ใจว่าระบบจะขยายใหญ่ขึ้นโดยไม่มีการแก้ไขข้อผิดพลาดได้หรือไม่ แต่เขากล่าวว่าอำนาจสูงสุดของควอนตัมจะเป็นก้าวสำคัญ กระนั้นก็ตามซึ่งเป็นหน่อตามธรรมชาติของความพยายามที่จะสร้างเครื่องจักรควอนตัมสากลขนาดใหญ่: “ฉันคิดว่ามันคุ้มค่าอย่างยิ่งที่จะสร้างให้ชัดเจนที่สุดเท่าที่จะทำได้ที่โลกทำ ทำงานแบบนี้ แน่นอนว่าถ้าเราสามารถทำให้มันกลายเป็นเทคโนโลยีที่จะเป็นประโยชน์ในที่สุด แล้วทำไมถึงไม่ทำล่ะ”
ความก้าวหน้าที่โดดเด่นอีกประการหนึ่งเกิดขึ้นในปี 1976 เมื่อ Robert Mammano ผู้ร่วมก่อตั้ง Silicon General Semiconductors ได้แนะนำ IC ตัวแรกเพื่อควบคุมแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ซึ่งออกแบบมาสำหรับเครื่อง Teletype แบบอิเล็กทรอนิกส์ IC คอนโทรลเลอร์SG1524ของเขาทำให้การออกแบบวัสดุสิ้นเปลืองเหล่านี้ง่ายขึ้นอย่างมากและลดต้นทุนลง ส่งผลให้ยอดขายพุ่งสูงขึ้น
ภายในปี 1974 ให้หรือใช้เวลาหนึ่งปีหรือสองปี เป็นที่แน่ชัดสำหรับผู้ที่มีความรู้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เพียงเล็กน้อยว่าการปฏิวัติอย่างแท้จริงในการออกแบบแหล่งจ่ายไฟกำลังเกิดขึ้น
คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล Apple IIเปิดตัวในปี 1977 หนึ่งในคุณสมบัติของมันคือแหล่งจ่ายไฟสลับแบบไม่มีพัดลมขนาดกะทัดรัด[PDF] ซึ่งให้พลังงาน 38 W ที่ 5, 12, –5 และ –12 โวลต์ ใช้การออกแบบที่เรียบง่ายของ Holt ซึ่งเป็นแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งชนิดหนึ่งที่รู้จักกันในชื่อโทโพโลยีตัวแปลงฟลายแบ็คแบบออฟไลน์ จ็อบส์อ้างว่าคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องตอนนี้ฉีกแนวการปฏิวัติการออกแบบของโฮลท์ แต่การออกแบบนี้เป็นการปฏิวัติอย่างแท้จริงในปี 1977 หรือไม่? และมันถูกคัดลอกโดยผู้ผลิตคอมพิวเตอร์รายอื่น ๆ หรือไม่?
ไม่และไม่ Boschert และบริษัทอื่นๆ ขายตัวแปลง flyback แบบออฟไลน์ที่คล้ายกัน Holt ได้รับสิทธิบัตรเกี่ยวกับคุณลักษณะเฉพาะบางประการของการจัดหาของเขา แต่คุณลักษณะเหล่านั้นไม่เคยถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย และการสร้างวงจรควบคุมจากส่วนประกอบที่ไม่ต่อเนื่อง เช่นเดียวกับที่ทำใน Apple II ได้พิสูจน์ให้เห็นถึงทางตันทางเทคโนโลยี อนาคตของการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเป็นของไอซีควบคุมวัตถุประสงค์พิเศษ
หากมีไมโครคอมพิวเตอร์เครื่องใดเครื่องหนึ่งที่ส่งผลกระทบยาวนานต่อการออกแบบการจ่ายพลังงาน นั่นคือIBM Personal Computerซึ่งเปิดตัวในปี 1981 จากนั้นเพียงสี่ปีหลังจาก Apple II เทคโนโลยีการจ่ายพลังงานก็เปลี่ยนไปอย่างมาก ในขณะที่คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลรุ่นแรกๆ ทั้งสองเครื่องนี้ใช้แหล่งจ่ายไฟแบบ flyback แบบออฟไลน์ที่มีเอาต์พุตหลายตัว นั่นคือทั้งหมดที่พวกเขามีเหมือนกัน วงจรขับเคลื่อน ควบคุม ป้อนกลับ และควบคุมต่างกันทั้งหมด แม้ว่าแหล่งจ่ายไฟ PC ของ IBM จะใช้ตัวควบคุม IC แต่ก็มีส่วนประกอบประมาณสองเท่าของแหล่งจ่ายไฟ Apple II ส่วนประกอบพิเศษเหล่านี้ให้การควบคุมเพิ่มเติมเกี่ยวกับเอาต์พุตและสัญญาณ “กำลังดี” เมื่อแรงดันไฟฟ้าทั้งสี่ถูกต้อง
ในปี 1984 ไอบีเอ็มเปิดตัวรุ่นอัพเกรดอย่างมีนัยสำคัญของเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่เรียกว่าIBM คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่ แหล่งจ่ายไฟของมันใช้การออกแบบวงจรใหม่หลากหลายรูปแบบ โดยทิ้งโครงสร้าง flyback ก่อนหน้านี้โดยสิ้นเชิง มันกลายเป็นมาตรฐานโดยพฤตินัยอย่างรวดเร็วและยังคงเป็นอย่างนั้นจนถึงปี 1995 เมื่อ Intel เปิดตัวข้อมูลจำเพาะของฟอร์มแฟคเตอร์ATXซึ่งเหนือสิ่งอื่นใดที่กำหนดพาวเวอร์ซัพพลาย ATX ยังคงเป็นมาตรฐานในปัจจุบัน
แม้จะมีการถือกำเนิดของมาตรฐาน ATX แต่ระบบไฟฟ้าของคอมพิวเตอร์ก็มีความซับซ้อนมากขึ้นในปี 1995 ด้วยการเปิดตัวPentium Proซึ่งเป็นไมโครโปรเซสเซอร์ที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าที่กระแสไฟสูงกว่าแหล่งจ่ายไฟ ATX ที่สามารถจ่ายได้โดยตรง เพื่อจ่ายพลังงานนี้ Intel ได้แนะนำโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VRM) ซึ่งเป็นตัวควบคุมการสลับ DC-to-DC ที่ติดตั้งถัดจากโปรเซสเซอร์ ลด 5 V จากแหล่งจ่ายไฟเหลือ 3 V ที่โปรเซสเซอร์ใช้ การ์ดกราฟิกที่พบในคอมพิวเตอร์หลายเครื่องยังมี VRM เพื่อขับเคลื่อนชิปกราฟิกประสิทธิภาพสูงที่มีอยู่
ประมวลผลที่รวดเร็ววันนี้อาจจำเป็นต้องใช้มากที่สุดเท่าที่ 130 W จาก VRM-อย่างมากมายมากกว่าครึ่งเพียงวัตต์ของพลังงานที่ใช้โดยแอปเปิ้ลที่สอง6502 หน่วยประมวลผล อันที่จริง ชิปโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยเพียงอย่างเดียวสามารถใช้พลังงานมากกว่าสามเท่าของพลังงานที่ใช้โดยคอมพิวเตอร์ Apple II ทั้งหมด
การบริโภคพลังงานที่เพิ่มขึ้นของคอมพิวเตอร์ได้กลายเป็นสาเหตุของความกังวลด้านสิ่งแวดล้อม ส่งผลให้เกิดการริเริ่มและกฎระเบียบต่างๆ เพื่อทำให้อุปกรณ์จ่ายไฟมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในสหรัฐอเมริกาEnergy Starของรัฐบาลและการรับรอง80 Plus ที่เป็นผู้นำในอุตสาหกรรมได้ผลักดันให้ผู้ผลิตผลิตอุปกรณ์จ่ายไฟที่ “เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม” มากขึ้น พวกเขาสามารถทำได้โดยใช้เทคนิคที่หลากหลาย: พลังงานสแตนด์บายที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น วงจรเริ่มต้นที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น วงจรเรโซแนนซ์ที่ลดการสูญเสียพลังงานในทรานซิสเตอร์สวิตชิ่ง และวงจร “แอกทีฟแคลมป์” ที่แทนที่สวิตช์ไดโอดด้วยวงจรทรานซิสเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น . การปรับปรุงพลังงาน MOSFET ทรานซิสเตอร์และเทคโนโลยีวงจรเรียงกระแสซิลิคอนแรงดันสูงในทศวรรษที่ผ่านมายังนำไปสู่การปรับปรุงประสิทธิภาพอีกด้วย
เทคโนโลยีของอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งยังคงก้าวหน้าในด้านอื่นๆ เช่นกัน ทุกวันนี้ แทนที่จะใช้วงจรแอนะล็อก อุปกรณ์จ่ายไฟจำนวนมากใช้ชิปดิจิทัลและอัลกอริทึมของซอฟต์แวร์เพื่อควบคุมเอาต์พุต การออกแบบตัวควบคุมการจ่ายไฟกลายเป็นเรื่องของการเขียนโปรแกรมมากพอๆ กับการออกแบบฮาร์ดแวร์ การจัดการพลังงานแบบดิจิตอลช่วยให้อุปกรณ์จ่ายไฟสามารถสื่อสารกับส่วนที่เหลือของระบบเพื่อประสิทธิภาพและการบันทึกที่สูงขึ้น แม้ว่าเทคโนโลยีดิจิทัลเหล่านี้จะสงวนไว้สำหรับเซิร์ฟเวอร์เป็นส่วนใหญ่ แต่เทคโนโลยีเหล่านี้เริ่มมีอิทธิพลต่อการออกแบบคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อป
เป็นการยากที่จะแยกแยะประวัติศาสตร์นี้ด้วยคำยืนยันของจ็อบส์ว่าโฮลท์ควรเป็นที่รู้จักมากขึ้นหรือว่า “ร็อดไม่ได้รับเครดิตมากนักสำหรับเรื่องนี้ในหนังสือประวัติศาสตร์ แต่เขาควรทำ” แม้แต่นักออกแบบแหล่งจ่ายไฟที่ดีที่สุดก็ไม่เป็นที่รู้จักนอกชุมชนเล็กๆ ในปี 2009 บรรณาธิการของการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ยินดี Boschert เป็นของฮอลล์ออฟเฟมวิศวกรรม โรเบิร์ต Mammano ได้รับรางวัลความสำเร็จในชีวิตในปี 2005 จากบรรณาธิการของPower Electronics เทคโนโลยี Rudy Severns ได้รับรางวัลความสำเร็จตลอดชีพอีกรางวัลหนึ่งในปี 2008 สำหรับนวัตกรรมของเขาในการเปลี่ยนพาวเวอร์ซัพพลาย แต่ไม่มีผู้ทรงคุณวุฒิในการออกแบบพาวเวอร์ซัพพลายรายใดมีชื่อเสียงแม้แต่ในวิกิพีเดีย
การยืนยันซ้ำหลายครั้งของจ็อบส์ว่า Holt ถูกมองข้ามทำให้งานของ Holt ถูกอธิบายไว้ในบทความและหนังสือยอดนิยมเกี่ยวกับ Apple หลายสิบเรื่อง ตั้งแต่เรื่องRevenge of the Nerds ของ Paul Ciotti ซึ่งปรากฏในนิตยสารแคลิฟอร์เนียในปี 1982 จนถึงชีวประวัติที่ขายดีที่สุดของไอแซคสัน งานในปี 2011 แม้ว่างานของเขาใน Apple II จะไม่เคยปฏิวัติวงการก็ตาม Rod Holt ก็อาจเป็นนักออกแบบพาวเวอร์ซัพพลายที่โด่งดังที่สุดเท่าที่เคยมีมา