É um pássaro? É um avião? É o super... computador!

Neste post, bem extenso, eu reuni quatro notícias sobre revoluções na área da computação que vão influenciar tremendamente as nossas vidas e o trabalho como designer nos próximos anos. Segure o fôlego e vamos lá!

Sequóia
Em fevereiro deste ano, eu falei sobre o novo servidor Sequóia, da IBM, a ser lançado em 2011 e que atingiria a mirabolante marca de 20 petaflops/segundo. Recentemente, tive acesso a uma atualização da informação e o negócio ficou ainda mais chocante, pois a traquitana, que agora teve o lançamento adiado para 2012, vai chegar a 30 petaflops/segundo!!!

Ele será usado pelo Departamento de Energia dos EUA em suas pesquisas de matérias-primas nucleares. Os sistemas mais rápidos hoje alcançam 1,02 petaflop, um êxito notável atingido apenas ano passado. Segundo Mark Seager, assistente do departamento de tecnologia avançada do Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia, onde o sistema será montado, este é o maior salto de capacidade de computação já realizada.

Na verdade, a IBM está construindo dois supercomputadores com este contrato, sendo que o primeiro será entregue no meio deste ano, chamado Dawn, que irá operar em cerca de 500 teraflops e será usado pelos pesquisadores para ajudá-los a preparar o sistema maior.


Supercomputadores com milhões de núcleos chegarão em 2018
Mas a aventura não acabou e o investimento está também em sistemas com escala de exabytes, equivalente a um quintilhão de cálculos por segundo (um milhão de trilhões!!!) , para solucionar grandes problemas globais.

O mundo da tecnologia presencia uma corrida além do desenvolvimento de tecnologias emergentes e inovações: o desenvolvimento de supercomputadores com poder bastante superior aos atuais, para resolver alguns dos problemas globais mais importantes, como mudanças climáticas e a necessidade de baterias para carros com duração muito longa.

Essas máquinas são vistas como a salvação, ao permitir que pesquisadores criem visualizações tridimensionais para executar infinitos ambientes, com número muito grande de detalhes. Para se ter uma ideia, cinco exabytes (EB) equivaleriam a todos os tons de cada palavra já pronunciada pela humanidade.

Os supercomputadores de hoje, no entanto, estão longes de atender a esse requisito. Segundo uma lista divulgada recentemente, o sistema mais rápido do mundo, do Oak Ridge National Laborarty, é o Cray XT5, com 224,256 núcleos de processamento, de microprocessadores Opteron com seis núcleos, fabricados pela AMD.

Conhecido como Jaguar, ele é capaz de atingir 2,3 petaflops de processamento. Cada petaflop equivale a um quadrilhão (mil trilhões!!!) de cálculos por segundo. Os sistemas de exascale serão necessários para modelos climáticos de alta resolução, produtos de bioenergia e desenvolvimento de smart grids, além do design de fusão de energia. E é lógico que terão aplicabilidade garantida para o multibilionário mercado de games. É a realidade do Projeto Prometheus cada vez mais próxima de nós usuários.

A escala de exabytes deve ser atingida em torno de 2018, mas existem alguns problemas associados que não são de fácil resolução, como por exemplo o consumo de energia dessas traquitanas. O Jaguar consome sete megawatts de energia, ou sete milhões de watts e um sistema de exascale que usa somente núcleos de processamento pode usar dois gigawatts, ou dois bilhões de watts, que seria o mesmo consumo de uma usina nuclear de tamanho médio.

Por enquanto, essa é uma proposta insustentável para o futuro, pois as estimativas do tamanho desse sistema sugerem algo entre 10 milhões a 100 milhões de núcleos e precisarão de uma banda maior de memória, pois as máquinas terão falhas constantes.


Processador quântico programável roda pela primeira vez
Físicos do Instituto Nacional de Metrologia e Tecnologia (NIST) dos Estados Unidos demonstraram o funcionamento prático do primeiro "processador universal" quântico programável. Esta é a primeira vez que a computação quântica vai além da realização de tarefas individuais usando qubits.

Ainda não é um processador quântico no sentido integral do termo, que possa rivalizar com os atuais processadores eletrônicos, mas é um módulo que poderá ser usado para compor o processador de um futuro computador quântico. Usando dois qubits, os pesquisadores viabilizaram a realização de cálculos computacionais previstos em um programa que combina entradas numéricas para computar os diversos passos previstos em um algoritmo lógico.

David Hanneke, principal autor da pesquisa, disse que este é um passo importante rumo ao grande objetivo de fazer cálculos com inúmeros qubits. A ideia é ter vários desses módulos processadores, ligando-os para construir um processador quântico real. O módulo de processamento quântico armazena as informações binárias (0s e 1s) em dois íons de berílio, átomos eletricamente carregados que são mantidos isolados em armadilhas magnéticas, sendo manipulados por lasers ultravioleta. Dois íons de magnésio também mantidos nas armadilhas ajudam a resfriar os íons de berílio, preservando seus estados.

Qubits de íons representam apenas uma dentre várias possibilidades que estão sendo exploradas para a construção de qubits para um computador quântico. Os cientistas podem manipular os estados de cada um dos qubits de berílio, incluindo colocá-los em uma superposição de valores 0 e 1 ao mesmo tempo, uma das maiores vantagens do processamento da informação no mundo quântico.

Eles também conseguiram demonstrar o entrelaçamento, um fenômeno quântico que liga as propriedades dos dois íons mesmo quando os dois estão fisicamente separados, algo que Einstein chamou de "átomos assombrados.

Usando os dois fenômenos quânticos, os cientistas do NIST executaram 160 rotinas diferentes usando apenas os dois qubits. Embora haja um número infinito de possíveis rotinas para programas de dois qubits, os cientistas afirmam que o conjunto das 160 rotinas escolhidas é grande e variado o suficiente para representar todas as possibilidades, o que lhes daria o direito de chamar seu processador quântico de dois qubits de um "processador quântico universal."

Cada programa, selecionado aleatoriamente, rodou 900 vezes, dando resultados precisos em 79% do tempo. O tempo de execução foi de 37 milissegundos para cada rodada de cada programa. A redução da taxa de erros é um dos principais desafios a serem enfrentados agora pelos pesquisadores. A precisão deve ser elevada substancialmente, caso contrário uma parcela significativa dos ganhos da computação quântica poderá ser perdida como "overhead" necessário para corrigir erros.


Google anuncia pesquisas com computador quântico
Quando a empresa canadense D-Wave, então desconhecida e classificada como "emergente", anunciou ter construído um processador quântico usando quase a mesma tecnologia dos processadores convencionais, quase ninguém acreditou.

A notícia ganhou a imprensa em 2007, mas físicos do mundo todo se apressaram em afirmar que um processador quântico usando qubits codificados magneticamente em loops supercondutores estava em algum ponto numa escala que ia de uma impossibilidade a um engodo.

Parece que o Google não levou muito a sério o parecer dos consultores científicos. Neste sábado, a empresa causou surpresa ao anunciar que não apenas está investindo na computação quântica da D-Wave, como já alcançou os primeiros resultados práticos.

De acordo com Hartmut Neven, que escreve no blog de pesquisas do Google, a empresa vem investindo silenciosamente na computação quântica há três anos, usando o novo chip híbrido da D-Wave - portanto desde antes de sua apresentação pública. Segundo a D-Wave, seu chip efetua processamento quântico, mas também é capaz de processar bits normais sequencialmente.

A pesquisa usando o novo processador está voltada para a busca em imagens, mais especificamente, encontrar objetos em uma base de dados de figuras, fotos e vídeos. O programa está longe de ser disponibilizado para buscas online, mas um aplicativo real - atualmente capaz de encontrar carros em fotos - está anos-luz à frente do processador quântico programável que rodou pela primeira vez há pouco tempo.

Na prática, o chip da D-Wave está permitindo que a empresa experimente com uma tecnologia de buscas que opera em uma velocidade que não é atingível com as nuvens de computadores eletrônicos atuais. Usando uma base de dados de 20.000 fotos com cenas urbanas, metade contendo imagens de carros e metade não, os pesquisadores usaram o chamado algoritmo quântico adiabático, desenvolvido por Edward Farhi, do MIT, para treinar o sistema quântico para que ele pudesse reconhecer o que era um carro.

A seguir, o algoritmo rodou contra um segundo conjunto de 20.000 fotos e deu a resposta num tempo menor do que qualquer computador existente hoje nos data-centers do Google.
Os computadores atuais, que já começam a ser chamados de computadores clássicos, usam a chamada arquitetura von Neumann, nos quais os dados são processados de forma sequencial, conforme regras definidas em um programa. Para acelerar o processamento, o programa deve ser rodado em paralelo, usando vários processadores.

Já os computadores quânticos prometem um processamento muito mais rápido, usando um fenômeno chamado superposição quântica, no qual uma partícula - um íon, um elétron ou um fóton - pode estar em dois estados diferentes ao mesmo tempo. Enquanto um bit clássico pode ser 0 ou 1, um qubit pode ser as duas coisas ao mesmo tempo.

É realmente impressionante! Eu, que sempre linko essas inovações com os ambientes virtuais tridimensionais imersivos, fico daqui imaginando quais os impactos que podem ser gerados e torcer, como sempre, que a realidade que vimos no vídeo do Projeto Prometheus esteja logo disponível para o cidadão comum.