Πληροφορική-Kβαντικοi υπολ.-Νανοτεχνολογία.

[Δροσος Γεωργιος]

Ένα ακόμη βήμα πιο κοντά στους κβαντικούς υπολογιστές.

Ερευνητές στις ΗΠΑ δημιούργησαν ένα υπεραγώγιμο κβαντικό bit.

Η δημιουργία κβαντικών υπολογιστών αποτελεί το ιερό δισκοπότηρο στον τομέα της πληροφορικής αφού αυτοί οι υπολογιστές αναμένεται φέρουν επανάσταση στον σύγχρονο κόσμο. Η χρήση των κβαντικών υπολογιστών πιστεύεται ότι θα φέρει αδιανόητη ώθηση σε κάθε τομέα της επιστήμης και της τεχνολογίας. Μηχανικοί του Πανεπιστημίου Πρίνστον δημιούργησαν ένα υπεραγώγιμο κβαντικό bit που διαρκεί τρεις φορές περισσότερο από τα καλύτερα qubits που υπάρχουν σήμερα κάνοντας ένα σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση των πρακτικών κβαντικών υπολογιστών.«Η πραγματική πρόκληση, αυτό που μας εμποδίζει να έχουμε χρήσιμους κβαντικούς υπολογιστές σήμερα, είναι ότι κατασκευάζεις ένα κβαντικό bit και οι πληροφορίες δεν διαρκούν πολύ», σημειώνει ο Άντριου Χάουκ, κοσμήτορας της Σχολής Μηχανικών του Πρίνστον και συνεπικεφαλής ερευνητής της μελέτης. «Αυτό είναι το επόμενο μεγάλο βήμα προς τα εμπρός», προσθέτει.Σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature» η ομάδα του Πρίνστον περιγράφει ότι το νέο κβαντικό bit τους διαρκεί πάνω από ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, δηλαδή τρεις φορές περισσότερο από το καλύτερο αποτέλεσμα που έχει καταγραφεί σε εργαστηριακές συνθήκες και σχεδόν 15 φορές περισσότερο από το βιομηχανικό πρότυπο για επεξεργαστές μεγάλης κλίμακας. Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα πλήρως λειτουργικό κβαντικό τσιπ βασισμένο σε αυτό το κβαντικό bit για να επικυρώσουν την απόδοσή του, ξεπερνώντας ένα από τα βασικά εμπόδια για την αποτελεσματική διόρθωση σφαλμάτων και την κλιμάκωση των βιομηχανικών συστημάτων.Ο σχεδιασμός του νέου κβαντικού bit είναι παρόμοιος με αυτά που ήδη χρησιμοποιούν εταιρείες, όπως η Google και η IBM, και σύμφωνα με τους ερευνητές μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί στους υπάρχοντες επεξεργαστές. Ο Χάουκ επισημαίνει ότι η τοποθέτηση των εξαρτημάτων του Πρίνστον στον καλύτερο κβαντικό επεξεργαστή της Google, Willow, θα του επέτρεπε να λειτουργεί 1.000 φορές καλύτερα. Σημειώνεται ότι τα οφέλη του κβαντικού bit του Πρίνστον αυξάνονται εκθετικά όσο μεγαλώνει το σύστημα, γεγονός που σημαίνει ότι η προσθήκη περισσότερων κβαντικών bits θα ενισχύσει ακόμη περισσότερο την απόδοση.Η Ναταλί Ντε Λεόν, συνδιευθύντρια της Quantum Initiative του Princeton και συνεπικεφαλής ερευνήτρια, τονίζει ότι το τσιπ όχι μόνο ξεπερνά σε απόδοση τα υπάρχοντα σχέδια αλλά είναι και ευκολότερο να παραχθεί μαζικά.Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε, κυρίως, από το υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, τα Εθνικά Κέντρα Έρευνας Κβαντικής Πληροφορικής και το Co-design Center for Quantum Advantage (C2QA), με μερική χρηματοδότηση από το «Google Quantum AI». Ο βραβευμένος με Νόμπελ Μισέλ Ντεβορέ, επικεφαλής επιστήμονας για το hardware στη «Google Quantum AI», δηλώνει ότι η πρόκληση της παράτασης του χρόνου ζωής των κυκλωμάτων κβαντικών υπολογιστών είχε γίνει «νεκροταφείο ιδεών» για πολλούς φυσικούς. «Η Ναταλί είχε το θάρρος να ακολουθήσει αυτήν τη στρατηγική και να την κάνει να λειτουργήσει» προσθέτει.

https://www.naftemporiki.gr/techscience/2030345/ena-akomi-vima-pio-konta-stoys-kvantikoys-ypologistes/

[Δροσος Γεωργιος]

Τεχνητή «φυλλωσιά» μετατρέπει φως, νερό και διοξείδιο του άνθρακα σε χρήσιμα προϊόντα.

Το επίτευγμα σηματοδοτεί μια νέα εποχή «πράσινης» χημείας.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ ανέπτυξαν μια συσκευή που λειτουργεί με ηλιακή ενέργεια και μιμείται τη φωτοσύνθεση για να μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα, το ηλιακό φως και το νερό σε πολύτιμες χημικές ουσίες. Η μη τοξική “ημι-τεχνητή φυλλωσιά”  μπορεί να λειτουργεί συνεχώς και αποδοτικά παράγοντας φαρμακευτικές ενώσεις υψηλής καθαρότητας. Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων στη χημική βιομηχανία και να σηματοδοτήσει μια νέα εποχή πράσινης χημείας.Οι επιστήμονες εντόπισαν έναν βιώσιμο νέο τρόπο παραγωγής βασικών χημικών ουσιών που αποτελούν τη βάση χιλιάδων προϊόντων της καθημερινότητας από πλαστικά και καλλυντικά μέχρι φαρμακευτικά σκευάσματα.Η παγκόσμια χημική βιομηχανία, η οποία μετατρέπει πρώτες ύλες (κυρίως ορυκτά καύσιμα) σε τελικά προϊόντα, ευθύνεται για περίπου 6% των παγκόσμιων εκπομπών άνθρακα. Τώρα μια ομάδα του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ αναπτύσσει καινοτόμες τεχνικές που θα μπορούσαν να «απο-ορυκτοποιήσουν» τον κλάδο καθιστώντας την παραγωγή χημικών πολύ πιο βιώσιμη.Οι ερευνητές σχεδίασαν ένα υβριδικό σύστημα που συνδυάζει οργανικούς φωτοαπορροφητικούς πολυμερείς με βακτηριακά ένζυμα, ώστε να μετατρέπουν το ηλιακό φως, το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε φορμικό οξύ, ένα καθαρό καύσιμο που μπορεί να τροφοδοτήσει άλλες χημικές αντιδράσεις.Αυτή η “φυλλωσιά” μιμείται τη φωτοσύνθεση των φυτών, λειτουργεί χωρίς εξωτερική πηγή ενέργειας και δεν περιέχει τοξικά ή ασταθή υλικά, σε αντίθεση με προηγούμενες εκδοχές. Είναι επίσης πιο σταθερή και αποδοτική χωρίς να χρειάζεται πρόσθετα που μειώνουν την απόδοση.Κατά τη διάρκεια των δοκιμών η ομάδα χρησιμοποίησε το φως του ήλιου για να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα σε φορμικό οξύ και στη συνέχεια το χρησιμοποίησε σε μια αλυσιδωτή (“ντόμινο”) αντίδραση για την παραγωγή φαρμακευτικής ένωσης, επιτυγχάνοντας υψηλή καθαρότητα και απόδοση.Η έρευνα που δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Joule» είναι η πρώτη που χρησιμοποιεί οργανικούς ημιαγωγούς ως το φως απορροφητικό στοιχείο ενός τέτοιου βιοϋβριδικού συστήματος ανοίγοντας τον δρόμο για μια νέα γενιά βιώσιμων τεχνητών φύλλων.«Αν θέλουμε να χτίσουμε μια κυκλική, βιώσιμη οικονομία, η χημική βιομηχανία είναι ένα μεγάλο, περίπλοκο πρόβλημα που πρέπει να λύσουμε» δήλωσε ο καθηγητής Έρβιν Ρέισνερ από το Τμήμα Χημείας Yusuf Hamied του Πανεπιστημίου Κέιμπριτζ.
«Πρέπει να βρούμε τρόπους να “απο-ορυκτοποιήσουμε” αυτόν τον κρίσιμο τομέα, ο οποίος παράγει τόσα σημαντικά προϊόντα που όλοι χρειαζόμαστε. Αν τα καταφέρουμε, είναι μια τεράστια ευκαιρία.»

Καθαρότερη προσέγγιση στη τεχνητή φωτοσύνθεση

Η ομάδα του Ρέισνερ ειδικεύεται στην ανάπτυξη τεχνητών φύλλων που μετατρέπουν το ηλιακό φως σε καύσιμα και χημικές ενώσεις χωρίς χρήση ορυκτών καυσίμων. Πολλά από τα προηγούμενα σχέδια βασίζονταν σε συνθετικούς καταλύτες ή ανόργανους ημιαγωγούς, που αποσυντίθενται γρήγορα ή περιέχουν τοξικά στοιχεία όπως ο μόλυβδος.«Αν μπορέσουμε να αφαιρέσουμε τα τοξικά στοιχεία και να χρησιμοποιήσουμε οργανικά, τότε έχουμε μια καθαρή χημική αντίδραση με ένα μόνο επιθυμητό προϊόν χωρίς ανεπιθύμητες παρενέργειες. Η συσκευή μας συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των οργανικών ημιαγωγών που είναι ρυθμιζόμενοι και μη τοξικοί με βιοκαταλύτες που είναι εξαιρετικά επιλεκτικοί και αποδοτικοί» εξήγησε η Δρ. Σελίν Γενγκ συγγραφέας της μελέτης.

Επίλυση του Προβλήματος της Σταθερότητας των Ενζύμων

Οι περισσότεροι μηχανισμοί απαιτούν χημικά πρόσθετα (ρυθμιστικά διαλύματα) για να διατηρηθεί η δράση των ενζύμων, κάτι που περιορίζει τη διάρκεια ζωής τους. Η ομάδα του Κέιμπριτζ κατάφερε να λύσει αυτό το πρόβλημα ενσωματώνοντας το ένζυμο καρβονική ανυδράση μέσα σε μια πορώδη δομή τιτανίου, επιτρέποντας στη συσκευή να λειτουργεί σε απλό διάλυμα διττανθρακικού — παρόμοιο με ανθρακούχο νερό — χωρίς μη βιώσιμα πρόσθετα.«Ήταν σαν να λύνουμε ένα μεγάλο παζλ», δήλωσε ο Δρ. Γιονπενγκ Λιου μεταδιδακτορικός ερευνητής μέλος της ομάδας.«Χρειάστηκε χρόνος για να καταλάβουμε πώς να “ακινητοποιήσουμε” το ένζυμο πάνω στο ηλεκτρόδιο, αλλά τώρα βλέπουμε τους καρπούς αυτής της προσπάθειας»

Εντυπωσιακή Απόδοση και Ανθεκτικότητα

Οι δοκιμές έδειξαν ότι η συσκευή παρήγαγε υψηλά ρεύματα και πέτυχε σχεδόν τέλεια απόδοση στη διοχέτευση ηλεκτρονίων στις αντιδράσεις παραγωγής καυσίμου. Λειτούργησε πάνω από 24 ώρες συνεχόμενα, διπλάσιο χρόνο από προηγούμενα μοντέλα.Η ομάδα σκοπεύει να βελτιώσει περαιτέρω τη διάρκεια ζωής της συσκευής και να την προσαρμόσει ώστε να παράγει και άλλες χημικές ουσίες. «Δείξαμε ότι είναι δυνατό να δημιουργήσουμε ηλιακά συστήματα που είναι αποδοτικά, ανθεκτικά και απαλλαγμένα από τοξικά υλικά. Αυτό θα μπορούσε να αποτελέσει μια βασική πλατφόρμα για την παραγωγή πράσινων καυσίμων και χημικών στο μέλλον μια πραγματική ευκαιρία για πράσινη καινοτομία στη χημεία» λέει ο Ρέισνερ.

https://www.naftemporiki.gr/techscience/2030886/techniti-fyllosia-metatrepei-fos-nero-kai-dioxeidio-toy-anthraka-se-chrisima-proionta/

[Δροσος Γεωργιος]

Το πρώτο τσιπ μικροκυμάτων υπόσχεται επανάσταση στη βιομηχανία υπολογιστών.

Λειτουργεί ταχύτερα από τους συμβατικούς επεξεργαστές πραγματοποιώντας πιο γρήγορα σύνθετες εργασίες.

Επιστήμονες στις ΗΠΑ δημιούργησαν έναν εντελώς νέο τύπο μικροτσίπ που χρησιμοποιεί μικροκύματα αντί για συμβατικά ψηφιακά κυκλώματα για να εκτελεί υπολογιστικές λειτουργίες. Ο επεξεργαστής αυτός που μπορεί να λειτουργεί ταχύτερα από τους συμβατικούς CPU είναι το πρώτο πλήρως λειτουργικό μικροκυματικό νευρωνικό δίκτυο (Microwave Neural Network, MNN) που χωράει σε ένα μόνο τσιπ σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Nature Electronics».Οι εφαρμογές υψηλού εύρους ζώνης, όπως η απεικόνιση ραντάρ, απαιτούν επεξεργασία εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας. Τα μικροκύματα, που λειτουργούν στο αναλογικό φάσμα, μπορούν να ανταποκριθούν σε αυτές τις ανάγκες γι’ αυτό και οι επιστήμονες ακολουθούν αυτή τη νέα προσέγγιση στην υπολογιστική τεχνολογία.«Επειδή μπορεί να παραμορφώνεται με προγραμματιζόμενο τρόπο σε ευρύ φάσμα συχνοτήτων ακαριαία, μπορεί να προσαρμόζεται για πολλαπλές υπολογιστικές εργασίες. Παρακάμπτει πολλά στάδια επεξεργασίας σήματος που τα ψηφιακά συστήματα πρέπει κανονικά να εκτελούν» αναφέρει ο Μπαλ Γκόβιντ διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Cornell, επικεφαλής της μελέτης.

Πώς λειτουργεί το «μικροκυματικό μυαλό»

Το τσιπ χρησιμοποιεί αναλογικά κύματα μικροκυμάτων μέσα σε ένα νευρωνικό δίκτυο τεχνητής νοημοσύνης δημιουργώντας ένα «φάσμα χτένας» ένα μοτίβο ομοιόμορφα κατανεμημένων γραμμών συχνοτήτων που επιτρέπει ταχείες και ακριβείς μετρήσεις.Τα νευρωνικά δίκτυα, που αποτελούν τη βάση του τσιπ, είναι σύνολα αλγορίθμων μηχανικής μάθησης εμπνευσμένων από τη δομή του ανθρώπινου εγκεφάλου. Το μικροκυματικό νευρωνικό τσιπ χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικούς κόμβους συνδεδεμένους μέσα σε ρυθμιζόμενους κυματοδηγούς ώστε να αναγνωρίζει πρότυπα σε δεδομένα και να προσαρμόζεται σε νέες πληροφορίες.Το MNN επεξεργάζεται φασματικά στοιχεία (μεμονωμένες συχνότητες ενός σήματος), συλλαμβάνοντας χαρακτηριστικά δεδομένων σε ευρύ εύρος συχνοτήτων.

Επιδόσεις και ακρίβεια

Το τσιπ είναι ικανό να επιλύει απλές λογικές πράξεις αλλά και προηγμένους υπολογισμούς, όπως η αναγνώριση δυαδικών ακολουθιών ή προτύπων σε δεδομένα υψηλής ταχύτητας, με ακρίβεια 88%. Επειδή λειτουργεί στο αναλογικό φάσμα των μικροκυμάτων και χρησιμοποιεί πιθανοκρατική προσέγγιση, μπορεί να επεξεργάζεται δεδομένα σε ταχύτητες δεκάδων GHz — δηλαδή τουλάχιστον 20 δισεκατομμυρίων πράξεων το δευτερόλεπτο. Αυτό είναι πολύ ταχύτερο από τους οικιακούς επεξεργαστές, που λειτουργούν συνήθως στα 2,5–4 GHz.«Ο Μπαλ απέρριψε πολλά από τα συμβατικά σχέδια κυκλωμάτων για να πετύχει αυτό το αποτέλεσμα. Αντί να προσπαθήσει να μιμηθεί πλήρως τη δομή των ψηφιακών νευρωνικών δικτύων, δημιούργησε κάτι που μοιάζει περισσότερο με έναν ελεγχόμενο “πολτό” συχνοτήτων που τελικά παράγει υπολογισμούς υψηλής απόδοσης»  δήλωσε η Αλίσα Απσέλ διευθύντρια του Τμήματος Ηλεκτρολογίας και Μηχανικής Υπολογιστών στο Cornell.Ο Γκόβιντ πρόσθεσε ότι στα παραδοσιακά ψηφιακά συστήματα απαιτούνται περισσότερα κυκλώματα, περισσότερη ενέργεια και διορθώσεις σφαλμάτων για να διατηρηθεί η ακρίβεια. Αντίθετα, η πιθανοκρατική προσέγγιση του MNN εξασφαλίζει υψηλή ακρίβεια χωρίς επιπλέον ενεργειακό ή υπολογιστικό κόστος.

Ενεργειακή απόδοση και εφαρμογές

Η κατανάλωση ενέργειας του τσιπ είναι εντυπωσιακά χαμηλή — λιγότερη από 200 milliwatt (0,2 watt), περίπου όσο η ισχύς εκπομπής ενός κινητού τηλεφώνου. Για σύγκριση, οι περισσότεροι συμβατικοί CPU χρειάζονται τουλάχιστον 65 watt.Η χαμηλή αυτή κατανάλωση καθιστά το τσιπ κατάλληλο για φορητές συσκευές ή φορετή τεχνολογία, ενώ θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε edge computing — μειώνοντας την καθυστέρηση (latency) καθώς δε θα απαιτείται σύνδεση με κεντρικό διακομιστή. Επιπλέον, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για εκπαίδευση μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης προσφέροντας ισχυρή υπολογιστική απόδοση με ελάχιστη ενέργεια.Οι ερευνητές σκοπεύουν να απλοποιήσουν τη σχεδίαση, μειώνοντας τον αριθμό των κυματοδηγών και μικραίνοντας το τσιπ. Ένα πιο συμπαγές MNN θα μπορούσε να χρησιμοποιεί διασυνδεδεμένες «χτένες συχνοτήτων» δημιουργώντας πλουσιότερα φάσματα εξόδου και βελτιώνοντας την εκπαίδευση του νευρωνικού δικτύου.

Στη φωτογραφία το τσιπ μικροκυμάτων

https://www.naftemporiki.gr/techscience/2032450/to-proto-tsip-mikrokymaton-yposchetai-epanastasi-sti-viomichania-ypologiston/

[Δροσος Γεωργιος]

Το chip που άλλαξε τον κόσμο.

Πώς ένας μικροεπεξεργαστής 4-bit, που γεννιέται μέσα από μια ιαπωνική αριθμομηχανή, φέρνει τον κόσμο... στην παλάμη μας

Όλοι ίσως θυμόμαστε έναν καθηγητή μαθηματικών να μας λέει κάποια στιγμή στο σχολείο: «Δεν θα κουβαλάς πάντα μια αριθμομηχανή στην τσέπη σου, λύσε το με το μυαλό».Σήμερα στην τσέπη μας βρίσκονται όχι απλά αριθμομηχανές, αλλά υπολογιστές πιο ισχυροί από οτιδήποτε μπορούσε να φανταστεί η εποχή των mainframes.Στο κέντρο αυτής της μετάβασης βρίσκεται ένα chip στο μέγεθος νυχιού: ο Intel 4004, ο πρώτος εμπορικός μικροεπεξεργαστής στον κόσμο, που «συστήνεται» επίσημα στις 15 Νοεμβρίου 1971 και αλλάζει για πάντα την ιστορία της πληροφορικής.

Ένα αίτημα από την Ιαπωνία

Είναι 1969. Η ιαπωνική Nippon Calculating Machine – η Busicom – χτυπά την πόρτα μιας νεαρής εταιρείας πυριτίου στην Καλιφόρνια: της Intel. Ζητά ένα σετ από εξειδικευμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα για μια νέα επιτραπέζια αριθμομηχανή, την Busicom 141-PF.

Το αρχικό σχέδιο προβλέπει δώδεκα διαφορετικά ειδικά σχεδασμένα τσιπ.

Ο νεαρός μηχανικός της Intel, Marcian “Ted” Hoff, κοιτάζει τις προδιαγραφές και βλέπει κάτι περισσότερο από μια αριθμομηχανή.Διαβάζει πίσω από τις γραμμές: οι λειτουργίες θυμίζουν έναν κανονικό υπολογιστή – αλλά μινιατούρα. Αντί για έναν σωρό από ξεχωριστά κυκλώματα, προτείνει κάτι ριζοσπαστικό για την εποχή: έναν «εγκέφαλο» γενικής χρήσης, έναν επεξεργαστή που μπορεί να προγραμματιστεί για να κάνει πολλά, όχι μόνο πράξεις πάνω σε αριθμούς.Μαζί με τον συνάδελφό του Stan Mazor αρχίζει να απλοποιεί, να συμπτύσσει, να ξανασχεδιάζει. Από τα δώδεκα τσιπ καταλήγουν σε μια οικογένεια τεσσάρων: ROM, RAM, I/O – και ένα μοναδικό CPU. Αυτό το CPU θα γίνει ο Intel 4004.

Η τέχνη του να μικραίνεις τα πάντα

Για να γίνει πράξη η ιδέα του Hoff, χρειάζεται ένας άνθρωπος που ξέρει να «στριμώχνει» τρανζίστορ εκεί όπου οι άλλοι πιστεύουν ότι δεν χωράνε.Αυτός λέγεται Federico Faggin, Ιταλός μηχανικός, με προϋπηρεσία στη Fairchild Semiconductor και στη νέα τότε τεχνολογία των silicon gate MOS κυκλωμάτων.Ο Faggin πιάνει στα χέρια του την αρχιτεκτονική του 4004 και αρχίζει την πραγματική «χειρουργική» πάνω στο πυρίτιο. Αναπτύσσει τεχνικές όπως τα buried contacts και τα bootstrap loads, διπλασιάζει την πυκνότητα των τρανζίστορ, μειώνει το κόστος και ανεβάζει ταχύτητα. Το αποτέλεσμα: ένα τσιπ 4-bit, με 2.300 τρανζίστορ, τεχνολογία κόμβου 10 μm, μέγιστη συχνότητα γύρω στα 740 kHz.Στο ίδιο πακέτο 16 ακροδεκτών «στριμώχνονται» διευθύνσεις, εντολές και δεδομένα χάρη σε ένα πονηρό, πολυπλεγμένο bus. Το 4004 μπορεί να απευθυνθεί σε μέχρι 4 KB ROM και περίπου 640 bytes RAM – αμελητέο με τα σημερινά μέτρα, αλλά επαναστατικό για την εποχή. Για την ισχύ που τότε απαιτεί μια αίθουσα γεμάτη υπολογιστικά ντουλάπια, τώρα αρκεί ένα κομμάτι κεραμικό όσο ένα νύχι.

Ο εγκέφαλος μιας αριθμομηχανής – και μετά, παντού

Το πρώτο «σπίτι» του Intel 4004 είναι πράγματι μια αριθμομηχανή. Η Busicom 141-PF βγαίνει στην αγορά στις αρχές της δεκαετίας του ’70 με την «καρδιά» της Intel. Για τον τελικό χρήστη δεν υπάρχει κάτι θεαματικό: πρόκειται για μια προηγμένη επιτραπέζια μηχανή με δυνατότητα εκτύπωσης.Στο παρασκήνιο όμως συμβαίνει το άλμα. Ο 4004 αποδεικνύει ότι ένας γενικής χρήσης επεξεργαστής μπορεί να «κλειστεί» σε ένα μόνο τσιπ και να ελέγχει μηχανές, διαδικασίες, συσκευές. Πολύ γρήγορα αρχίζει να εμφανίζεται σε ταμειακές μηχανές, σε βιομηχανικά συστήματα, σε πρώιμους ελεγκτές, ακόμη και σε coin-op παιχνίδια.Η Intel, έχοντας εξαγοράσει τα δικαιώματα ώστε να διαθέτει τον 4004 και πέρα από την Busicom, τον βαφτίζει μέρος της σειράς MCS-4 και τον διαφημίζει με το σύνθημα «Announcing a new era of integrated electronics». Η νέα εποχή δεν είναι υπερβολή: από εδώ και πέρα, η ιδέα του single-chip CPU γίνεται πρότυπο για όλη τη βιομηχανία.

Από το δωμάτιο-υπολογιστή στο smartphone και το cloud

Από τον 4004 ξεδιπλώνεται μια ολόκληρη γενιά: 4040, 8008, 8080, και αργότερα οι θρυλικοί 8086/8088 που θα βρεθούν στην καρδιά των πρώτων IBM PC.Η αρχιτεκτονική της Intel, που ξεκινά με ένα ταπεινό 4-bit τσιπ για αριθμομηχανές, εξελίσσεται στο οικοσύστημα των x86 επεξεργαστών που κυριαρχεί σε προσωπικούς υπολογιστές και servers για δεκαετίες.Την ίδια στιγμή, η φιλοσοφία του «μικρού εγκεφάλου παντού» γεννά και τον κόσμο των μικροελεγκτών: από τον φούρνο μικροκυμάτων και τα φανάρια στους δρόμους, μέχρι αυτοκίνητα, ιατρικές συσκευές και έξυπνους μετρητές ενέργειας. Στον πυρήνα όλων αυτών βρίσκεται η ίδια ιδέα που δοκιμάζεται πρώτη φορά στον 4004.Πενήντα χρόνια μετά, μικροεπεξεργαστές, ως άμεσοι ή έμμεσοι απόγονοι του 4004, κρατούν όρθια δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας σε ακραία καιρικά φαινόμενα, τρέχουν αλγορίθμους τεχνητής νοημοσύνης σε σακίδια πλάτης για να βοηθήσουν ανθρώπους με προβλήματα όρασης, μεταφράζουν εκφράσεις προσώπου σε εντολές για αναπηρικά αμαξίδια, κάνουν εφικτή την τηλεϊατρική, τα μαζικά τεστ και την ιχνηλάτηση επιδημιών.Από την απλή πράξη «5×7» στην οθόνη μιας αριθμομηχανής, μέχρι τη χαρτογράφηση του ανθρώπινου γονιδιώματος και τη λειτουργία ολόκληρων data centers, η συνέχεια είναι ευθεία γραμμή πάνω στο πυρίτιο.

Η κληρονομιά των 4 bit

Ο Intel 4004 παύει να παράγεται στις αρχές της δεκαετίας του ’80, αλλά η κληρονομιά του μόνο τεχνική δεν είναι. Το ίδιο το τσιπ γίνεται σύμβολο της μετάβασης από τους ογκώδεις, ακριβούς υπολογιστές των λίγων, στην εξατομικευμένη, διάχυτη υπολογιστική ισχύ των πολλών.Η Intel τον τιμά σε επετείους, ανακατασκευάζει το σχέδιό του σε υπερμεγέθη εκπαιδευτικά μοντέλα, ανοίγει τα σχέδια και τα mask works στο κοινό, ενώ το 2010 ο Federico Faggin, ο Ted Hoff και ο Stan Mazor βραβεύονται με το National Medal of Technology and Innovation στις ΗΠΑ για το έργο τους.Στην επιφάνεια του πρωτότυπου τσιπ, κρυμμένα σε μια γωνία, παραμένουν χαραγμένα τα αρχικά «F.F.» – μια μικρή υπογραφή πάνω σε μια μεγάλη τομή.Σήμερα, όταν ένας σύγχρονος Core ή Xeon επεξεργαστής αναλαμβάνει να τρέξει σύνθετα workloads ΤΝ, cloud και 5G, κουβαλά πάνω του δεκαετίες εξέλιξης – αλλά και την ίδια βασική ιδέα: έναν γενικής χρήσης, προγραμματιζόμενο εγκέφαλο σε ένα κομμάτι πυριτίου.Κάπως έτσι, η παλιά φράση «δεν θα έχεις πάντα αριθμομηχανή στην τσέπη σου» μοιάζει πλέον σχεδόν ειρωνική. Χάρη στον Intel 4004 και σε όσα ακολούθησαν, δεν έχουμε μόνο αριθμομηχανή. Έχουμε ολόκληρο τον ψηφιακό κόσμο… στην παλάμη του χεριού μας.

https://www.naftemporiki.gr/stories/2034092/to-chip-poy-allaxe-ton-kosmo/

[Δροσος Γεωργιος]

Επαναστατική τεχνολογία παίρνει τη σκυτάλη από την ηλιακή ενέργεια και παράγει ενέργεια στο νυχτερινό περιβάλλον.

Βασίζεται στη διαφορά θερμοκρασίας στη Γη και το Διάστημα.

Ερευνητές δημιούργησαν μια συσκευή που παράγει μηχανική ενέργεια τη νύχτα αξιοποιώντας τη φυσική διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στο ζεστό έδαφος και το κρύο του εξώτερου Διαστήματος.Μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Ντέιβις, ανέπτυξαν μια συσκευή ικανή να παράγει μηχανική ενέργεια τη νύχτα, εκμεταλλευόμενοι τη θερμότητα κοντά στο έδαφος και το ακραίο ψύχος του διαστήματος. Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να υποστηρίξει πρακτικές χρήσεις όπως η κυκλοφορία αέρα μέσα σε θερμοκήπια ή άλλες κατασκευές. Η έρευνα δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Science Advances».Η συσκευή βασίζεται σε μια μηχανή Stirling, έναν τύπο μηχανής που λειτουργεί μέσω διαφορών θερμοκρασίας. Σύμφωνα με τον Τζέρεμι Μάντει Jeremy Munday, καθηγητή ηλεκτρολογίας και μηχανικής υπολογιστών στο UC Davis και συν-συγγραφέα της μελέτης πολλές μηχανές συμπεριλαμβανομένων των μηχανών εσωτερικής καύσης απαιτούν μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας για να παράγουν ενέργεια. Μια μηχανή Stirling όμως, μπορεί να λειτουργήσει ακόμη και με μικρή θερμική αντίθεση παρόμοια με τη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα σε ένα ζεστό φλιτζάνι καφέ και τον αέρα γύρω του.«Αυτές οι μηχανές είναι πολύ αποδοτικές όταν υπάρχουν μόνο μικρές διαφορές θερμοκρασίας, ενώ άλλοι τύποι μηχανών λειτουργούν καλύτερα με μεγαλύτερες διαφορές και μπορούν να παράγουν περισσότερη ενέργεια», είπε ο Μάντει.

Οι… θερμότητες

Κανονικά μια μηχανή Stirling λειτουργεί όταν η μία πλευρά της βρίσκεται σε επαφή με μια πηγή θερμότητας και η αντίθετη πλευρά με ένα πιο κρύο περιβάλλον. «Αν απλώς την αφήσεις πάνω στο τραπέζι, δεν πρόκειται να παράγει ενέργεια γιατί όλες οι πλευρές έχουν την ίδια θερμοκρασία», είπε ο Μάντει.Ένας τρόπος να δημιουργηθεί διαφορά θερμοκρασίας είναι φυσικά η θέρμανση της μιας πλευράς με καύσιμα. Οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν θα μπορούσαν αντί αυτού να συνδέσουν την κρύα πλευρά με κάτι πολύ, πολύ κρύο αλλά και πολύ μακριά: το βαθύ Διάστημα. «Δεν χρειάζεται να αγγίζει το Διάστημα φυσικά, μπορεί απλώς να αλληλεπιδρά ακτινοβολιακά με αυτό. Είναι σαν να στέκεσαι έξω μια κρύα, καθαρή νύχτα: το κεφάλι σου αρχίζει γρήγορα να κρυώνει καθώς η θερμότητα ακτινοβολεί μακριά» λέει ο Μάντει

Η ακτινοβολιακή ψύξη

Η ιδέα τους ήταν να πάρουν μια απλή μηχανή Stirling (ουσιαστικά ένα έμβολο που κινεί έναν σφόνδυλο), να την τοποθετήσουν πάνω σε ένα πάνελ που λειτουργεί ως κεραία ακτινοβολίας θερμότητας και να βάλουν όλο το σύστημα στο έδαφος σε εξωτερικό χώρο τη νύχτα. Το έδαφος λειτουργεί ως η θερμή πλευρά της μηχανής και η κεραία διοχετεύει το ψύχος του διαστήματος.Ένας χρόνος νυχτερινών πειραμάτων έδειξε ότι η μικρή συσκευή μπορεί πράγματι να παράγει τουλάχιστον 400 milliwatt μηχανικής ισχύος ανά τετραγωνικό μέτρο. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη συσκευή για να κινήσουν άμεσα έναν ανεμιστήρα και επίσης τη συνέδεσαν με έναν μικρό ηλεκτροκινητήρα για παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος.«Τα πειράματα δείχνουν ότι είναι δυνατό να παραχθούν χρήσιμες ποσότητες ενέργειας από τον νυχτερινό ουρανό. Το δυναμικό είναι μεγαλύτερο σε περιοχές με χαμηλή υγρασία και καθαρό ουρανό» δήλωσε ο Munday. Η αρχή θα μπορούσε, για παράδειγμα, να χρησιμοποιηθεί για αερισμό θερμοκηπίων ή κατοικιών.

https://www.naftemporiki.gr/green/energy/2034718/epanastatiki-technologia-pairnei-ti-skytali-apo-tin-iliaki-energeia-kai-paragei-energeia-sto-nychterino-perivallon/

[Δροσος Γεωργιος]

Κβαντικό Διαδίκτυο σχεδιάζουν IBM και Cisco.

Οι δύο τεχνολογικοί κολοσσοί σχεδιάζουν τη δημιουργία ενός δικτύου κβαντικών υπολογιστών μέχρι το τέλος της δεκαετίας.

Η IBM και η Cisco Systems σχεδιάζουν να συνδέσουν κβαντικούς υπολογιστές σε μεγάλες αποστάσεις με στόχο να αποδείξουν ότι η ιδέα είναι εφικτή έως το τέλος του 2030. Η κίνηση αυτή θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για ένα κβαντικό Διαδίκτυο αν και στελέχη των δύο εταιρειών προειδοποίησαν ότι τα δίκτυα αυτά θα απαιτήσουν τεχνολογίες που δεν υπάρχουν ακόμη και θα πρέπει να αναπτυχθούν με τη βοήθεια πανεπιστημίων και ομοσπονδιακών εργαστηρίων.Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται να επιλύουν προβλήματα στη φυσική, τη χημεία και την ασφάλεια υπολογιστών που θα χρειάζονταν χιλιάδες χρόνια για να λυθούν από τα υπάρχοντα συστήματα. Ωστόσο μπορεί να είναι επιρρεπείς σε λάθη και η κατασκευή ενός αξιόπιστου κβαντικού υπολογιστή αποτελεί πρόκληση που επιδιώκουν να λύσουν η IBM, η Google και άλλοι.Η IBM επιδιώκει να έχει μια λειτουργική μηχανή έως το 2029. Νωρίτερα φέτος, η Cisco άνοιξε ένα εργαστήριο για να εξετάσει πώς μπορούν να συνδεθούν κβαντικές μηχανές. Η πρόκληση ξεκινά με ένα βασικό πρόβλημα: Οι κβαντικοί υπολογιστές, όπως της IBM, βρίσκονται σε τεράστιες κρυογενικές δεξαμενές που γίνονται τόσο κρύες ώστε τα άτομα σχεδόν δεν κινούνται.Για να εξαχθούν πληροφορίες από αυτά, η IBM πρέπει να βρει τρόπο να μετατρέψει πληροφορίες από σταθερά «qubits», τη θεμελιώδη μονάδα πληροφορίας σε έναν κβαντικό υπολογιστή, σε αυτό που ο Τζέι Γκαμπέτα, διευθυντής του IBM Research και ερευνητής της IBM, είπε στο Reuters ότι είναι «ιπτάμενα» qubits, τα οποία ταξιδεύουν ως μικροκύματα.Αλλά αυτά τα ιπτάμενα qubits μικροκυμάτων θα πρέπει στη συνέχεια να μετατραπούν σε οπτικά σήματα που μπορούν να ταξιδεύουν μεταξύ των διακοπτών της Cisco μέσω οπτικών ινών. Η τεχνολογία για αυτήν τη μετατροπή γνωστή ως μικροκυματο-οπτικός μετατροπέας θα πρέπει να αναπτυχθεί με τη βοήθεια ομάδων όπως το Superconducting Quantum Materials and Systems Center που διευθύνεται από το Fermi National Accelerator Laboratory κοντά στο Σικάγο μεταξύ άλλων.Παράλληλα, η Cisco και η IBM θα δημοσιεύσουν και λογισμικό ανοιχτού κώδικα για να συνδέσουν όλα τα μέρη μεταξύ τους. «Βλέπουμε το ζήτημα αυτό από άκρη σε άκρη ως ένα ενιαίο σύστημα και όχι ως δύο ξεχωριστούς οδικούς χάρτες», δήλωσε ο Βιτζόι Παντέι, ανώτερος αντιπρόεδρος του Outshift innovation incubator της Cisco. «Το επιλύουμε από κοινού κάτι που αυξάνει κατά πολύ τις πιθανότητες όλα να κινηθούν προς την ίδια κατεύθυνση».

https://www.naftemporiki.gr/techscience/2036651/kvantiko-diadiktyo-schediazoyn-ibm-kai-cisco/

[Δροσος Γεωργιος]

Μοριακό qubit φέρνει ένα βήμα πιο κοντά το κβαντικό Internet.

Αναπτύχθηκε προηγμένη κβαντική τεχνολογία με χρήση μιας σπάνιας γαίας.

Ερευνητική ομάδα δημιούργησε ένα νέο είδος μοριακού qubit που θα μπορούσε να βοηθήσει στη σύνδεση κβαντικών υπολογιστών μέσω της υπάρχουσας τεχνολογίας τηλεπικοινωνιών θέτοντας τα θεμέλια για ένα μελλοντικό κβαντικό Διαδίκτυο.Στους υπολογιστές, η μονάδα πληροφορίας είναι το bit, το οποίο λαμβάνει τιμές είτε «0» είτε «1» και οι πληροφορίες αποθηκεύονται ως συνδυασμοί των δύο αυτών ψηφίων. Στους κβαντικούς υπολογιστές, το αντίστοιχο του bit είναι το κβαντικό bit, ή qubit. Χάρη σε μια κβαντική ιδιότητα που ονομάζεται υπέρθεση, το qubit μπορεί να λαμβάνει τιμές «0» ή «1» ή και τα δύο μαζί. Αυτή η ιδιότητα έχει ως αποτέλεσμα να αυξάνεται με γεωμετρική πρόοδο η μνήμη και η ταχύτητα των κβαντικών υπολογιστών.H δημιουργία κβαντικών υπολογιστών αποτελεί το ιερό δισκοπότηρο στον τομέα της πληροφορικής αφού αυτοί οι υπολογιστές αναμένεται φέρουν επανάσταση στον σύγχρονο κόσμο. Η χρήση των κβαντικών υπολογιστών πιστεύεται ότι θα φέρει αδιανόητη ώθηση σε κάθε τομέα της επιστήμης και της τεχνολογίας.Το νέο qubit περιέχει ένα στοιχείο σπάνιας γαίας που ονομάζεται έρβιο το οποίο έχει οπτικές και μαγνητικές ιδιότητες που του επιτρέπουν να μεταδίδει κβαντικές πληροφορίες χρησιμοποιώντας τα ίδια μήκη κύματος με τα δίκτυα οπτικών ινών. Επειδή λειτουργεί σε τηλεπικοινωνιακά μήκη κύματος αυτό το qubit μπορεί επίσης να ενσωματωθεί ευκολότερα σε τσιπ πυριτίου υποστηρίζουν οι ερευνητές. Αυτό θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για μικρότερες και πιο συμπαγείς κβαντικές συσκευές.Η ομάδα δημοσίευσε τα ευρήματά της στην επιθεώρηση «Science» και χαρακτηρίζει την τεχνολογία αυτή «ένα πολλά υποσχόμενο νέο δομικό στοιχείο για κλιμακούμενες κβαντικές τεχνολογίες, από υπερ-ασφαλείς γραμμές επικοινωνίας μέχρι δίκτυα μεγάλων αποστάσεων μεταξύ κβαντικών υπολογιστών γνωστά ως κβαντικό Διαδίκτυο».Πολλές έρευνες έχουν επικεντρωθεί στην ανάπτυξη της απαραίτητης τεχνολογίας για ένα κβαντικό Διαδίκτυο συμπεριλαμβανομένου ενός νέου τσιπ που κατασκευάστηκε τον Σεπτέμβριο και βοηθά στη μετάδοση κβαντικών σημάτων μέσω πραγματικών καλωδίων οπτικών ινών. Στη νέα μελέτη οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στην κατασκευή ενός νέου τύπου qubit που θα μπορούσε να βοηθήσει στη μεταφορά δεδομένων.«Με την επίδειξη της ευελιξίας αυτών των μοριακών qubits από έρβιο κάνουμε ένα ακόμη βήμα προς κλιμακούμενα κβαντικά δίκτυα που μπορούν να συνδεθούν απευθείας στη σημερινή οπτική υποδομή» αναφέρει ο Ντέιβιντ Όσχαλομ καθηγητής μοριακής μηχανικής και φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, επικεφαλής της μελέτης.

Ένας διαφορετικός τύπος qubit

Τα qubits συνήθως εμφανίζονται σε τρεις μορφές: υπεραγώγιμα qubits, που αποτελούνται από μικροσκοπικά ηλεκτρικά κυκλώματα, qubits παγιδευμένων ιόντων, που αποθηκεύουν πληροφορίες σε φορτισμένα άτομα συγκρατημένα από ηλεκτρομαγνητικά πεδία, και φωτονικά qubits, που κωδικοποιούν κβαντικές καταστάσεις σε σωματίδια φωτός.Τα μοριακά qubits χρησιμοποιούν μεμονωμένα μόρια, συχνά κατασκευασμένα γύρω από μέταλλα σπάνιας γης των οποίων το spin των ηλεκτρονίων καθορίζει την κβαντική τους κατάσταση. Το spin αυτό δημιουργεί ένα μικροσκοπικό μαγνητικό πεδίο, η κατεύθυνση του οποίου ορίζει την τιμή του qubit. Όπως και ένα κανονικό bit, μπορεί να είναι 1 ή 0, αλλά και υπέρθεση και των δύο.Αυτό που κάνει το νέο qubit βασισμένο στο έρβιο μοναδικό είναι ότι συμπεριφέρεται ταυτόχρονα σαν spin qubit και σαν φωτονικό qubit. Μπορεί να αποθηκεύει πληροφορίες μαγνητικά ενώ η ανάγνωση γίνεται μέσω οπτικών σημάτων.Σε πειραματική δοκιμή οι ερευνητές έδειξαν ότι το spin του ατόμου έρβιου μπορεί να βρεθεί σε ελεγχόμενη υπέρθεση, μια βασική απαίτηση για ένα λειτουργικό qubit. Επειδή η κατάσταση του spin επηρεάζει το μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπει το άτομο, η ομάδα μπόρεσε να διαβάσει τις κβαντικές καταστάσεις χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως η οπτική φασματοσκοπία.«Αυτά τα μόρια μπορούν να λειτουργήσουν ως νανοκλίμακας γέφυρα ανάμεσα στον κόσμο του μαγνητισμού και τον κόσμο της οπτικής. Οι πληροφορίες μπορούν να κωδικοποιηθούν στη μαγνητική κατάσταση ενός μορίου και στη συνέχεια να προσπελαστούν με φως σε μήκη κύματος συμβατά με τις καλά ανεπτυγμένες τεχνολογίες των οπτικών ινών και των φωτονικών κυκλωμάτων πυριτίου» δήλωσε η Λία Βάις μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και πρώτη συγγραφέας της έρευνας.

Κβαντικά δεδομένα μεγάλων αποστάσεων

Η λειτουργία σε τηλεπικοινωνιακά μήκη κύματος προσφέρει δύο βασικά πλεονεκτήματα, το πρώτο ότι τα σήματα μπορούν να ταξιδεύουν σε μεγάλες αποστάσεις με ελάχιστες απώλειες, κάτι κρίσιμο για τη μετάδοση κβαντικών δεδομένων μέσω δικτύων οπτικών ινών.Το δεύτερο είναι ότι το φως στα συγκεκριμένα μήκη κύματος περνά εύκολα μέσα από το πυρίτιο. Αν δεν συνέβαινε αυτό, οποιαδήποτε δεδομένα κωδικοποιημένα στο οπτικό σήμα θα απορροφούνταν και θα χάνονταν. Επειδή το οπτικό σήμα μπορεί να περάσει μέσα από το πυρίτιο προς τους ανιχνευτές ή άλλα φωτονικά εξαρτήματα από κάτω το qubit με έρβιο είναι ιδανικό για υλικό βασισμένο σε τσιπ.«Τα τηλεπικοινωνιακά μήκη κύματος προσφέρουν τον χαμηλότερο ρυθμό απώλειας για φως που ταξιδεύει σε οπτικές ίνες. Αυτό είναι κρίσιμο αν θέλεις να στείλεις με αξιοπιστία πληροφορίες κωδικοποιημένες σε ένα μόνο φωτόνιο πέρα από το εργαστήριο» λέει ο Όσχαλομ.Η κλίμακα είναι επίσης πλεονέκτημα. Κάθε qubit αποτελείται από ένα μόνο μόριο περίπου εκατό χιλιάδες φορές μικρότερο από μια ανθρώπινη τρίχα. Επειδή η δομή τους μπορεί να ρυθμιστεί με συνθετική χημεία τα μοριακά qubits μπορούν να ενσωματωθούν σε περιβάλλοντα όπου άλλα δεν μπορούν όπως στερεές συσκευές ή ακόμη και μέσα σε ζωντανά κύτταρα.Αυτό το επίπεδο ελέγχου θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντιμετώπιση μιας από τις μεγαλύτερες μηχανικές προκλήσεις της κβαντικής πληροφορικής: την ενσωμάτωση της κβαντικής συμβατότητας απευθείας στις υπάρχουσες τεχνολογίες. «Η ενσωμάτωση είναι βασικό στάδιο για την κλιμάκωση της τεχνολογίας και μία διαρκής πρόκληση στον τομέα. Εργαζόμαστε στην ενσωμάτωση αυτών των qubits σε συσκευές πάνω σε τσιπ και πιστεύουμε ότι αυτό θα ανοίξει νέες δυνατότητες στον έλεγχο, την ανίχνευση και τη σύζευξη μορίων» καταλήγει ο Οσχάλομ.

https://www.naftemporiki.gr/techscience/2037311/moriako-qubit-fernei-ena-vima-pio-konta-to-kvantiko-internet/