Глава 1225. Признание поражения Пентагоном •
Для вычислительной материаловедения огромные требования к вычислительным мощностям всегда были основной причиной, сдерживающей развитие этой области, можно даже сказать, самой большой преградой.
Например, при разработке материалов с помощью вычислений на основе принципов первой теории (таких как DFT) и молекулярной динамики (MD) требуются ресурсы суперкомпьютеров для длительных вычислений.
Это не только чрезвычайно дорого, но и сложность вычислений для различных материалов сильно различается, а сложность многомасштабного моделирования просто запредельна.
Например, на этот раз Сюй Чуану необходимо было смоделировать и рассчитать сепаратор для литий-воздушной батареи, который содержит материалы из различных элементов, сосуществующих фаз, с чрезвычайно сложным взаимодействием между ними, настолько сложным, что даже один взгляд на него вызывает мурашки по коже.
Литий-ионная диффузионная динамика, окислительно-восстановительные реакции и прогнозирование напряжения, побочные реакции и механизмы деградации, сильная многофизическая взаимосвязь, выраженные многомасштабные характеристики. Тепловые, электрохимические, механические.
Если говорить простым языком, то большинство проблем, с которыми вы можете столкнуться в вычисленной материаловедении, можно встретить или найти аналогичные трудности в процессе вычисленного моделирования батарей.
Если в вычисленной материаловедении есть что-то вроде «адского» места, то это вычисленное моделирование батарей.
Это проблема, сопоставимая с потолком сложности в вычисленной материаловедении. Даже подумав о том, какие различные виды материалов входят в состав литий-ионной батареи, можно отчетливо понять это.
Это также причина, по которой несколько лет назад Сюй Чуан подготовил основу для своей работы «Квантовая теория микроскопической сути электрохимических реакций и исследование механизма литий-воздушной батареи», а исследовательский институт Чуаньхай потратил столько времени, но не добился больших успехов.
Под руководством администратора суперкомпьютерного центра «Бесконечный квант» и соответствующих инженеров вычислительная модель сепаратора литий-воздушной батареи быстро загрузилась на материалную платформу.
Выбор подходящего программного обеспечения для параллельных вычислений, ввод файлов с геометрической структурой, файлов с параметрами вычислений. Отправка задания/оценка времени выполнения.
Менее чем за пять минут на экране отобразилось предварительно рассчитанное время, необходимое для моделирования.
«Предварительная оценка времени моделирования: 2 часа 25 минут 35 секунд».
Увидев эти данные, профессор Чен Чэнь, администратор суперкомпьютерного центра, просто замер, машинально почесал глаза и нерешительно снова посмотрел.
Убедившись, что не ошибся, этот признанный эксперт в области суперкомпьютеров, перешедший из суперкомпьютерного центра Янчжоу, не смог сдержать слюны и пробормотал себе под нос.
«Всего лишь два с половиной часа?»
«Как это возможно! Должна быть проблема с системой!»
Нужно понимать, что сложность вычисленного моделирования батарей является проблемой, с которой сталкиваются в вычисленной материаловедении на самом высоком уровне!
У него не было случаев, когда предприятия не обращались за вычисленным моделированием, связанным с литий-ионными батареями, когда он работал в суперкомпьютерном центре Янчжоу.
Не говоря уже об остальном, возьмем, например, искусственную пленку SEI, которая является наиболее важной в литий-ионной батарее. Если нужно смоделировать все, начиная с механизма образования пленки SEI и заканчивая оптимизацией механических свойств пленки SEI, даже если национальный суперкомпьютерный центр предоставит достаточную вычислительную мощность, для завершения этого потребуется как минимум несколько месяцев.
Например, для моделирования динамического роста искусственной пленки SEI методом ReaxFF-MD потребуется несколько недель.
А теперь данные, полученные от этого квантового суперкомпьютерного центра, говорят ему, что время, необходимое для моделирования, которое раньше составляло как минимум несколько месяцев или полгода, теперь занимает всего два с половиной часа?
Это просто безумие!
Стоя в офисе, услышав восклицание профессора Чэна Чэня, Сюй Чуан, который читал новости и последние исследования в области науки, встал и спросил:
«Что случилось? Данные о предварительном времени вычисления загрузились? Сколько времени это займет?»
Услышав вопрос Сюя Чуана, профессор Чэн Чэнь пришел в себя, глубоко вздохнул и сказал: «Два с половиной часа!»
После сообщения о предварительном времени вычисления он добавил: «Эм, академик Сюй, мне нужно перепроверить процесс?»
Услышав этот вопрос, Сюй Чуан замер, удивленно спросил: «Перепроверить процесс для чего?»
Профессор Чэн немного поколебался, но все же сказал: «Это время слишком короткое, что-то не так. Я подозреваю, что может быть какая-то ошибка в последовательности вычислений».
«В конце концов, нормальное вычисленное моделирование требует как минимум нескольких месяцев, два с половинной часа — это немного…»
Услышав это, Сюй Чуан рассмеялся и сказал: «Если загрузка нормальная, то два с половинной часа для него — это нормальный диапазон».
«В конце концов, это первая в мире квантовая суперопьютерная установка, и количество кубитов, которые может использовать модуль вычисления материалов, превышает тысячу».
«Не говоря уже о всей квантовой суперопьютерной установке, только модуль материалов, он уже превосходит все суперкомпьютеры мира вместе взятые!»
На самом деле, еще во время пресс-конференции, на которой дипломатия описывала возможности квантовой суперопьютерной установки Бесконечной квантовой, она изначально сильно занизила их.
Это не просто будет «самым быстрым компьютером в мире», а чудо в истории развития человеческой цивилизации.
Другими словами, если бы технология управляемого термоядерного синтеза еще не была завершена, благодаря ее возможностям, не говоря уже о решении всех проблем, возникающих в процессе разработки технологии управляемого термоядерного синтеза, она по крайней мере могла бы решить большую часть из них.
Особенно решения по контролю турбулентности плазмы высокой температуры. Даже если бы не математическая модель, разработанная Сюем Чуаном, и уравнение NS не были решены, она могла бы контролировать турбулентность плазмы высокой температуры благодаря своим невероятно мощным вычислительным возможностям.
Конечно, при условии, что сверхпроводящие магниты и сопутствующее оборудование, контролирующие турбулентность плазмы высокой температуры, также являются отличными и способны передавать данные в реальном времени квантовой суперопьютерной установке за доли секунды или даже меньше.
Просто объяснив мощные характеристики этой квантовой суперопьютерной установки, Сюй Чуан сказал: «Продолжай, я могу подождать два с половинной часа, я больше надеюсь получить данные вычисленного моделирования до моего отъезда».
Перед монитором, Чен Чэн кивнул и сказал: «Все в порядке, я сейчас же организую!»
В то же время, когда квантовая суперопьютерная установка Бесконечной квантовой начала использовать вычислительные ресурсы для моделирования сепаратора литий-воздушной батареи.
С другой стороны, церемония открытия, прошедшая утром, уже дошла до всего мира благодаря сообщениям СМИ.
Нельзя не сказать, что голографические динамические изображения, генерируемые в реальном времени внутри квантового суперкомпьютерного центра Бесконечной квантовой, а также вычисление числа Пи до 1000 триллионов знаков с помощью метода деления круга всего за три секунды, установив мировой рекорд, были весьма впечатляющими.
В американском Твиттере соответствующие обсуждения уже взлетели на вершину трендов и привлекли больше внимания пользователей.
[Три секунды, 1000 триллионов знаков? Боже мой, это слишком страшно!]
[Хм~, это немного нереально, не так ли? Разве суперкомпьютеру не нужно думать?]
[Если я не ошибаюсь, в области квантовых вычислений мы всегда были лидерами в США. Почему, если другие страны уже построили квантовые суперкомпьютерные центры, наши квантовые компьютеры все еще далеки?]
[Мне все равно, будет ли число Пи вычислено до конца или нет, меня волнует только то, сможем ли мы противостоять, если они используют эту суперкомпьютерную установку для взлома нашего интернета, взлома наших банков? Не станет ли завтра наши банковские карты показывать отрицательные цифры?]
[.]
Обсуждали церемонию открытия квантового суперкомпьютерного центра Бесконечной квантовой не только пользователи Твиттера, но и ученые и работники в области вычислительной техники.
То, что за 3,12 секунды удалось вычислить число Пи до 1000 триллионов знаков, многое говорит само по себе.
Честно говоря, никто не сомневался, что Китай достиг этого, предварительно вычислив число Пи до 1000 триллионов знаков с помощью компьютера и затем сохранил его на жестком диске, чтобы использовать его непосредственно во время церемонии открытия.
Но те, кто разбираются в компьютерах, знают, что это невозможно.
Потому что чтение и запись на жестком диске также имеют свою эффективность.
На данный момент самым быстрым способом чтения и записи является использование твердотельного накопителя (SSD) на основе протокола NVMe и интерфейса PCIe, который может достигать скорости последовательного чтения и записи в несколько гигабайт в секунду (GB/s), даже более 10 000 MB/s (10 GB/s).
Например, к Международному дню числа Пи (14 марта 2024 года), когда число Пи было вычислено до 105 триллионов знаков (т.е. 105 000 000 000), использовалось 36 твердотельных накопителей для хранения примерно 1 миллиона ГБ данных.
Если исходить из того, что в каждом ГБ приблизительно 1024 МБ, то общая емкость составит около 993 терабайт (т.е. 993 000 ГБ).
Это всего лишь 105 триллионов знаков, а если речь идет о 1000 триллионах знаков, то необходимая емкость составит более 1000 терабайт.
Такие огромные объемы данных просто невозможно загрузить за 3 секунды, даже для твердотельного накопителя потребуется больше 3 секунд на чтение таких массивов данных.
А в квантовом суперкомпьютерном центре использовалось всего лишь 3 секунды, и то с помощью метода деления круга, который является крайне неэффективным способом вычисления числа Пи.
Какова же была эта ужасающая вычислительная мощность? Обычным людям трудно представить себе такую мощь.
Но очевидно, что на квантовый суперкомпьютерный центр Бесконечной квантовой обращают внимание не только обычные люди, но и разведывательные службы и военные подразделения разных стран.
В то же время, когда квантовый суперкомпьютерный центр Бесконечной квантовой вычислил число Пи до 1000 триллионов знаков за 3 секунды, в другой части света, в США…
В штаб-квартире Пентагона, во время заседания в конференц-зале все присутствующие высокопоставленные чиновники погрузились в молчание.
— Точно ли информация? —
— 3 секунды… это слишком быстро. Неужели это случайные данные, сгенерированные под видом числа Пи? —
Протяжённая тишина в конференц-зале была нарушена командиром в американской военной форме, который сидел за столом переговоров.
3 секунды для вычисления числа Пи до 1000 триллионов знаков… Как и писали пользователи Твиттера, если бы у них была такая квантовая машина, то они могли бы уничтожить всю интернет-систему США за считанные мгновения.
Не говоря уже о банках, даже их ракеты не смогли бы быть запущены или были бы перехвачены по пути.
Ведь даже самые простые ракеты нуждаются в системе GPS для навигации.
Конечно, можно использовать инерциальное управление с помощью гироскопов и акселерометров для расчета позиции в реальном времени, независимо от внешних сигналов, но запуск ракеты — это не просто дело поджечь твердое топливо спичкой.
Если бы противник использовал Бесконечную квантовую суперкомпьютерную установку для ведения кибервойны, то ни США, ни весь мир не смогли бы противостоять этому.
Им оставалось бы только отключить свои источники питания или выдернуть провода из розетки в самом начале.
Но это было бы самоубийством, даже без атаки противника.
В конференц-зале компьютерный эксперт Пентагона покачал головой и сказал: — В этом случае подделка не имеет смысла. —
— Число Пи можно легко проверить. —
— К тому же, мы не получали несколько чипов версии 1.0 от них, которые они продавали. Судя по проверке этих квантовых чипов, их квантовые вычисления уже очень развиты.
— По сравнению с вопросом о том, подделка ли это, нам сейчас больше нужно подумать о том, как защититься от их кибератак.
С вздохом компьютерный эксперт добавил: — Честно говоря, по крайней мере сейчас я не могу придумать никаких средств защиты, кроме выдергивания сетевого кабеля.
— Не говоря уже о защите, у меня даже есть ощущение, что они могут видеть все, что мы делаем здесь и сейчас.
— На мой взгляд, это более страшная сила, чем ядерное сдерживание, особенно для высокоразвитых информационных стран. Она может вернуть нас в прошлое, когда компьютеры еще не были изобретены, в одну ночь.
Услышав это, в конференц-зале воцарилась тишина.
После долгой паузы кто-то откашлялся, нарушив странную атмосферу.
— Эм, это не так. По крайней мере, в комнате, где мы сейчас собрались, нет никакой сети, верно?
Компьютерный эксперт пожал плечами и сказал: — Но в чем смысл?
— Вы рискнете сейчас отправить секретный документ по обычным каналам связи нашим военным базам за границей?
Услышав этот вопрос, человек, который только что пытался подбодрить команду, мгновенно замолчал.
Офицер, который проводил встречу, не удержался от вопроса: — Разве у нас нет никаких средств защиты?
Компьютерный эксперт подумал и сказал: — Нам нужно ускорить разработку и исследования наших собственных алгоритмов квантового шифрования.
— Только это может противостоять квантовому превосходству.
— А пока…
С вздохом компьютерный эксперт добавил: — Лучше пока признать поражение. Мы должны стараться не выкладывать секретные документы в сеть, даже самые лучшие методы шифрования не помогут.
— Не только это, но и до того, как наши собственные алгоритмы квантового шифрования не созреют, мы должны избегать любых конфликтов с ними, чтобы избежать наихудшего развития событий.
В конференц-зале наступила пауза, и командир, сидящий на первом месте, с трудом сказал: — Тогда давайте так и сделаем. Признание поражения иногда не является плохим решением.
— По крайней мере, мы должны сначала иметь силы для защиты себя.