В России разработан уникальный пятикубитовый квантовый компьютер. IBM сомневалась в возможностях россиян
Российские ученые создали первую отечественную пятикубитную интегральную схему для квантовых вычислений. Над ней работали специалисты МФТИ, и это полноценный российский прототип квантового процессора, который может использоваться в квантовом машинном обучении. Глава IBM Арвинд Кришна в начале 2020 г. открыто выразил сомнение, что Россия способна сделать прорыв в области квантовых вычислений.
В России разработана первая интегральная схема на базе пяти сверхпроводниковых кубитов в держателе. Ее создали специалисты Московского физико-технического института (МФТИ) в Лаборатории искусственных квантовых систем (ЛИКС), и, как сообщили CNews представители вуза, эту разработку можно считать прототипом квантового процессора.
Разработчики этой многокубитовой системы в своем официальном сообщении утверждают, что она уникальна и полностью управляема. С их слов, даже на нынешней стадии разработки она может применяться в квантовом машинном обучении – отдельной области науки на пересечении квантовой физики и современных технологий обработки информации.
Созданная в лаборатории МФТИ, интегральная схема была изготовлена при участии сотрудников Центра коллективного пользования (ЦКП) (еще одно подразделение МФТИ). На момент публикации материала она прошла ряд испытаний, которые показали, что все ее элементы работают именно с теми параметрами, на которые рассчитывали разработчики.
История компьютера
Компьютеры сопровождают человека уже на протяжении многих десятилетий. В настоящее время в эксплуатации находится их 4-е поколение, хотя некоторые люди утверждают, что это уже 5-е поколение, поскольку системы перешли на архитектуру с многоядерными процессорами, но это суждение пока что оспаривается, и мы в этой статье будем придерживаться 4-х поколений.
Предком современного персонального компьютера является арифметическая машина Блеза Паскаля, с помощью которой тот еще в 1642 году производил простейшие операции, такие как сложение и вычитание. Называется она «Паскалево колесо» или «Паскалина» и относится учеными к нулевому поколению компьютеров. Ближе к концу XVII века другой ученый, Готфрид Вильгельм Лейбниц, создает свою вычислительную машину, которая может выполнять уже 4 действия: умножение и деление, вычитание и сложение.
Закончилось нулевое поколение вычислительных машин в XIX веке. Одним из последних экземпляров такой техники было устройство, изобретенное Чальзом Бэббиджем, которое выполняло вычисления, руководствуясь набором инструкций, содержащихся на перфокартах. Такие первые прообразы программ на перфокартах готовили первые программисты, среди которых были и женщины. Первооткрывателем этой профессии у представительниц слабого пола была Ада Ловлейс.
В конце XIX века в Америке появляется первая счетная машина, в которой применяется что-то похожее на клавиатуру. Изобретателями данного устройства, названного «Комптометр», были американцы Таррант и Фельт.
Приблизительно в тоже время Герман Холлерит для ускорения процесса обработки результатов по переписи населения США создает «статистический табулятор». В этой машине для расшифровки данных, нанесенных на перфокарты, использовалось электричество. Устройство получило широкое распространение, а ее создатель развил на основе табулятора фирму, которая через 36 лет преобразовалась во всем известную корпорацию IBM — мирового лидера компьютерной индустрии. К середине XX столетия технологические разработки IBM применяли большинство развитых стран мира.
С 1930-х годов на рынке появляются настольные механические калькуляторы производства фирм «Friden», «Monroe» и «Marchant», позволяющие своим пользователям осуществлять 4 основные арифметические операции. В этот период появляется термин «computer» (в переводе с англ. «вычислитель»). Так называли должность людей, осуществляющих вычисления с помощью калькуляторов.
Первая автоматическая механическая машина, для управления которой использовались программы, была создана немецким инженером Конрадом Цузе в 1938 году.
Второе поколение компьютеров появилось к середине XX века и отличалось от первого использованием ламповых технологий, которые позволили существенно повысить их быстродействие до 20 000 операций/секунду. Первый в истории электронно-цифровой компьютер появился в США в 1945 году. Он был создан двумя Джонами: Джоном Уильямом Мокли и Джоном Преспером Экертом. Друзьяназвалисвоетворение «ENIAC» (Electronic Numerical Integrator and Calculator).
Прошло всего несколько десятков лет, а компьютерная индустрия снова шагнула вперед. Это случилось после изобретения и освоения производства транзисторов. Их применение дало возможность производителям компьютеров снизить вес и габариты своих изделий, а также еще увеличить их скорость, которая стала достигать 1 млн. операций в секунду.
В 50-х годах компания IBM начинает выпуск первых магнитных дисков, предназначенных для хранения информации в цифровом формате, которые получили название RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control).
В 1963 году был разработан алгоритмический язык программирования Бейсик. В дальнейшем на его основе было создано целое семейство высокоуровневых языков.
Третье поколение компьютеров выпускалось с 1965 по 1980 годы и отличалось использованием электронных схем, построенных на базе кремниевых кристаллов.
Студенты Полон Аллен и Билл Гейтс в 1975 году разработали интерпретатор языка Бейсик, применяемый на персональном компьютере «Альтаир». В дальнейшем они же создали компанию «Microsoft», которая и сегодня является ведущим производителем на рынке программных продуктов.
Такие составляющие элементы ПК, как «мышь», дискеты, компакт-диски появились в 80-х годах прошлого столетия.
Новый толчок в истории развития персональных компьютеров был дан созданием графической операционной системы Windows 95, которая поддерживала многозадачность и была унифицирована со многими устройствами одинаковой архитектуры. Кроме этого, данная система была первой, в которой применялась графика. В Windows 95 фирма Microsoft впервые использовала новый протокол Plug & Play, который позволял устройствам устанавливаться в систему в автоматическом режиме.
Четвертое поколение компьютеров появилось в конце 80-х годов и производится до настоящего времени. В связи с тем, что развитие техники удешевило производство персональных компьютеров, они стали доступными широкому кругу пользователей и получили огромное распространение в мире.
Какими были первые прототипы компьютеров
Первая вычислительная машина, которая обладала всеми свойствами компьютера, была изобретена немецким учёным Конрадом Цузе в 1941 году. Называлась она Z3, и представляла собой двоичный вычислитель, работающий на основе телефонных реле с тактовой частотой 5.33 Гц. Этот компьютер также имел устройство хранения данных на телефонных реле, с 2200 ячейками памяти. Ранее у этого учёного были ещё экспериментальные модели Z1 и Z2, но именно Z3 считается более похожим на компьютер.
Z3 использовался немецким институтом аэродинамики для расчёта конструкций самолётов и управляемых ракет. Но, к сожалению, прототип компьютера в единственном экземпляре был уничтожен во время налёта в 1943 году (потом в 60 году была выполнена реконструкция). А ведь Z3 был намного меньше, чем более поздние американские модели. И, к тому же, он был двоичным, как современные компьютеры, а не десятичным.
Самый первый в мире программируемый компьютер был разработан и построен в 1941 году математиком из Гарварда Говардом Эйксоном совместно с инженерами компании IBM. Но Официальный запуск произошёл 7 августа 1944 года. Компьютер «Марк 1» был расположен в Гарвардском университете.
Компьютер обошёлся в 500 000 долларов. Он был собран из нержавеющей стали и стекла, был 2,5 метров в высоту и 17 в длину. Компьютер весил 4,5 тонны и занимал площадь в несколько десятков квадратных метров. Он работал на электромеханических реле и имел общее количество деталей около 765 000 штук.
Первый компьютер имел провода, общей протяжённостью почти 800 километров. Он мог оперировать 72 числами по 23 десятичных разряда. На каждую операцию вычитания или сложения компьютер затрачивал по 3 секунды, а на операции умножения и деления 6 и 15,3 секунд соответственно. Программирование и ввод данных производились посредством перфорированных карт.
«Марк 1» был самой первой автоматической вычислительной машиной, для завершения программы которой не требовалось вмешательства человека.
Намного более мощным, уже после Второй мировой, был американский компьютер «ENIAC».
Он весил 28 тонн и потреблял более 140 кВт энергии, а для его охлаждения использовались авиационные двигатели Chrysler.
Перспективы развития рынка отечественного производства компьютеров
Отечественные эксперты прогнозируют быстрое развитие российского рынка производства компьютерной техники из-за регулярных санкций, которые вводят США. Например, в середине прошлого года Министерство торговли США ввело для российского рынка экспортные ограничения на чувствительные технологии.
Под эти санкции попали товары, которые могут быть использованы в военных нуждах. Например, полупроводниковое оборудование, датчики. Между тем, 99% персональных компьютеров выполнены из американских комплектующих. Речь идет о процессорах, чипах, сетевых картах.
Эксперты отмечают, что если действующие каналы поставок компонентов перекроют полностью, российским производителям придется перепроектировать свою продукцию под оригинальные разработки других стран, в том числе Китая.
Опыт предыдущих санкций показал, что доля американских компаний была быстро занята отечественными и китайскими производителями. В первую очередь, от американской продукции отказались государственные органы, госкорпорации и компании с госучастием.
В настоящее время американскими компьютерами и другими гаджетами пользуются преимущественно частные компании и физические лица.
Аналогичная ситуация наблюдается и на рынке запоминающих устройств и устройств хранения данных. Например, еще в конце 2019 года премьер-министр РФ подписал постановление, которое вводит запрет на закупку систем хранения данных для государственных и муниципальных нужд на период до 2022 года. Документ касается техники, у которой есть российские аналоги.
По мнению Кабмина, документ позволит обеспечить безопасность информационной инфраструктуры РФ.
Среди основных недостатков отечественной компьютерной техники эксперты называют низкую конкурентоспособность с западными аналогами, проблему с эргономикой и дизайном, а также высокую стоимость.
Первый персональный компьютер: другие модели
- Apple-1. Прототип этого компьютера был продемонстрирован еще в 1976 году. Именно этот компьютер стал прародителем всех последующих персональных компьютеров. Именно его разработал сам Стив Возник. Всего было выпущено около 200 этих моделей, до наших дней дожило около 50, 6 из которых даже работают.
- IBM 5150. Не был персональным компьютером и предназначался для бизнеса, так как стоил около 20 000$.
- Apple 2. Выпущен в апреле 1984 года. Имел две модели: портативную и стационарную. Именно портативная модель сделала этот компьютер достаточно популярным.
- Commodore 64. Это полноценный персональный компьютер с «оперативкой» в 64 Кб, который выпустила компания Commodore International буквально через год после IBM 5051 — в августе 1982 года. Этот компьютер не стал «самым первым персональным», но стал «самым первым массовым». Он предлагался по цене в 595$, при этом характеристики у него были не хуже, чем у IBM 5051 за 3005$. Этот факт послужил тому, что объем проданных компьютеров этой модели достиг более 15 млн экземпляров.
- БК-0010. «Советский ответ» западным разработчикам. Это первый персональный компьютер советского производства. Кстати, БК — это «бытовой компьютер». Он продавался в 1985-1988 годах за 600 советских рублей.
- IBM 5160. Компьютер от компании IBM, выпущенный в 1983 году. Он обладал уже более «крутыми» характеристиками, чем их «первый персональный»: оперативная память составляла уже от 128 Кб и до 640 Кб.
- Первая компьютерная мышь. Первая мышь изобретена в 1963 году. Состояла она из деревянного корпуса и 2-х колес, которые фиксировали передвижение мыши по 2-м осям.
- Первый трекбол для мыши. Первый трекбол был разработан за 11 лет до появления первой компьютерной мыши в 1952 году. А на мышь он стал устанавливаться только в 1972 году.
- Первый портативный компьютер. Это был IBM 5100 Portable Computer 1975 года выпуска. Его вес составлял 25 кг. По сути это был большой «чемодан», который нужно было подключать в розетку, чтобы использовать. Он имел оперативную память от 16 Кб и до 64 Кб и стоил 8975$-19975$.
- Первый ноутбук. Это был «ноутбук» Grid Compass 1100, 1982 года выпуска. Разрешение экрана 320х200, «оперативки» 340 Кб, вес 5 кг, стоимость 8000$-10000$.
- Первая оперативная память. Была изобретена в 1951 году.
- Первый hard-диск. Это был IBM 350 Disk File 1956 года разработки. Он состоял из 50 24-дюймовых флоппи-дисков и выдавал памяти 4.4 Мб.
- Первый лазерный принтер. Изобретен в 1969 году компанией Xerox. Он был просто огромным, поэтому занимал целую небольшую комнату.
- Первый веб-сервер. Это был простой компьютер, на котором стала доступной первая онлайн-страница 6 августа 1991 года.
Мощность компьютера ENIAC
По мощности он был слабее даже современных калькуляторов. Но для тех времен его способности были поразительными. До его создания люди проводили манипуляции с числами самостоятельно и на это уходило много времени. Но компьютер ENIAC мог выполнять по 357 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду. Как можно понять, конструкция была очень сложной, поэтому компьютер часто давал сбои. Сначала они возникали два раза в день, но потом разработчики установили более надежные комплектующие и количество сбоев сократилось до одного раза в два дня.
Процесс программирования компьютера ENIAC
В компьютер ENIAC было невозможно устанавливать программы, как на нынешние ноутбуки и другие устройства. Поэтому для выполнения разных задач его приходилось настраивать заново. Для этого операторам приходилось тянуть провода к разным разъемам, крутить регуляторы и выполнять много других действий. В те времена этой работе даже не было официального названия. Но, по сути, операторы ENIAC были первыми в истории программистами. На программирование уходили недели, а на отладку — целые недели.
Настоящие видео с компьютером ENIAC
Некоторое время существование компьютера ENIAC держалось в секрете. Впервые о нем написали в газетах 15 февраля 1946 года. Так уж получилось, что устройство не использовалось долго. В 1955 году проект ENIAC был закрыт, потому что в мире появились компьютеры мощнее. Важно отметить, что более мощные компьютеры существовали и в момент создания ENIAC, просто факт их существования тщательно скрывался. Герой этой статьи считается первым современным компьютером потому, что его можно было настраивать на решение разных задач.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!
Ушедший XX век был удивительным временем, когда наука и технологии делали большие прорывы. Именно в это время начали появляться первые автомобили, самолеты, компьютеры и даже роботы. На нашем сайте есть довольно большая статья о самые первых роботах в истории человечества. Конечно, люди пытались создать похожие на человека устройства даже во времена Леонардо Да Винчи, но по-настоящему интересные роботы появились именно в прошлом столетии. О том, какими они были, можно узнать по этой ссылке.
