Zamiast bitów qubity
Najbardziej obiecującym pomysłem jest obecnie idea komputera kwantowego, który do obliczeń będzie wykorzystywał zjawiska mechaniki kwantowej, występujące w świecie cząstek elementarnych. Kwantowe zjawiska, sprzeczne z regułami panującymi w makroświecie, sprawiają, że cząstka, np. elektron, może znajdować się w wielu stanach i miejscach jednocześnie. Jej stan czy położenie można określić tylko za pomocą prawdopodobieństwa. Co więcej, cząstki mogą być splątane niewidzialną i do końca niezrozumiałą więzią, która pozwala im oddziaływać na siebie z pominięciem ograniczenia w przepływie informacji, jaką dla makroświata jest prędkość światła w próżni.
Teoretyczna koncepcja komputera kwantowego z lat 80. jest obecnie wykorzystywana do tworzenia działających, kwantowych maszyn obliczeniowych, na które pieniądze hojnie wykłada nie tylko prywatny biznes (m.in. Google, Microsoft, IBM), ale także agencje rządowe, takie jak NSA czy wojsko.
Komputer kwantowy nie bazuje na bitach, czyli elementach, które mogą mieć wartość 1 lub 0 (we współczesnych komputerach bit jest wyrażany stanem tranzystora otwarty–zamknięty). Zastępują je kwantowe qubity, którymi mogą być na przykład złapane w pułapkę magnetyczną jony, elektrony lub fotony. Qubit w przeciwieństwie do bitu może mieć dwa stany jednocześnie, czyli reprezentować 1 i 0 naraz.
Ma to sporo korzystnych możliwości obliczeniowych. Na przykład układ 8 bitów pozwala reprezentować jeden stan odpowiadający liczbie od 0 do 256. Układ 8 qubitów pozwala reprezentować 256 stanów w tym samym czasie. Programowanie takiego komputera musi odbywać się poprzez ustawienie qubitów w pożądanym stanie kwantowym, po czym następuje odczyt, który zredukuje liczbę potencjalnych stanów do jednej wartości. Wynik takich obliczeń będzie miał charakter prawdopodobieństwa, które będzie można zwiększyć, powtarzając wielokrotnie operację.
Uzyskanie uniwersalnego komputera kwantowego, co jeszcze się nie udało, pozwoliłoby rozwiązać wiele trudnych problemów, z którymi nie radzą sobie współczesne maszyny. Większość z nich obejmuje zadania z dziedziny optymalizacji, np. znalezienia najkrótszej drogi, która pozwoli odwiedzić 30 miast w Europie (tzw. problem komiwojażera).Komputer kwantowy nie musiałby sprawdzać wszystkich kombinacji, jak tradycyjny komputer, ale z dużym prawdopodobieństwem od razu wskazałby najkrótszą drogę, zużywającą najmniej energii.
Inne zastosowanie to faktoryzacja dużych liczb, czyli odkrycie dwóch liczb pierwszych, które po przemnożeniu pozwoliłyby uzyskać daną liczbę. Możliwość uruchomienia na komputerze kwantowym algorytmu Shora pozwoliłaby złamać większość zabezpieczeń kryptograficznych, w tym używanych w internecie mechanizmów klucza publicznego, takich jak RSA.
Maszyną, która w pewnych wypadkach zachowuje się jak komputer kwantowy, jest znajdujący się już w sprzedaży, wyspecjalizowany komputer D-Wave. Urządzenie wykorzystuje zjawiska kwantowe w celu optymalizacji algorytmów używanych np. do rozpoznawania obiektów, maszynowego uczenia się czy sortowania wyników wyszukiwania.
Komputery neuronowe
Kolejną innowacyjną architekturą komputera jest komputer neuronowy. Naśladuje działanie prawej półkuli naszego mózgu. Mózg, w przeciwieństwie do klasycznego komputera, działa dzięki wytwarzaniu połączeń między wielką siecią miliardów komórek nerwowych. Za pomocą tych połączeń potrafi przetwarzać sygnały płynące ze zmysłów, np. wzroku czy dotyku, i reagować na nie. Prace nad komputerem neuronowym rozpoczęły się jeszcze w ubiegłym stuleciu, ale nabrały tempa po roku 2000. IBM np. pokazał w połowie 2014 roku działający procesor neuronowy TrueNorth (patrz ramka „Procesor neuronowy IBM TrueNorth”).
Gdzie procesory neuronowe miałyby znaleźć zastosowanie? Głównym zadaniem pozostanie wizualne i dźwiękowe rozpoznawanie wzorców. Tym, co daje komputerowi neuronowemu przewagę w rozpoznawaniu wzorców, jest możliwość prowadzenia działania w większej liczbie równoległych, jednocześnie obsługiwanych wątków. Na przykład w aplikacji rozpoznawania twarzy jeden rdzeń może się koncentrować na kształcie nosa, inny na teksturze włosów, kolejny na kolorze oczu. Każdy indywidualny rdzeń jest wolniejszy od tradycyjnego procesora, ale ponieważ operacje biegną równolegle, układ jako całość może wykonywać tego typu zadania bardzo szybko i dokładnie.
Inne zastosowania obejmują wykorzystanie kamer do automatycznego identyfikowania kształtów w trudnych, przepełnionych innymi kształtami środowiskach. Układ może być także bardzo przydatny do przetwarzania języka naturalnego: jest w stanie słuchać poleceń od ludzi i analizować je. Można do tego dodać pracę z mową i wizją w czasie rzeczywistym, bez wyłączania urządzenia przy zasilaniu bateryjnym.
Prawdopodobnie już niedługo zobaczymy więcej zastosowań nowych chipów. Nie będzie problemów z ich wytwarzaniem – są wykonywane w tradycyjnej technologii litograficznej, takiej samej jak konwencjonalne procesory. Do nowego układu jest już gotowych ponad dwieście programów. Udało się je stworzyć dzięki symulacji architektury układu na superkomputerach.
Komputer kwantowy nie bazuje na bitach, czyli elementach, które mogą mieć wartość 1 lub 0 (we współczesnych komputerach bit jest wyrażany stanem tranzystora otwarty–zamknięty). Zastępują je kwantowe qubity, którymi mogą być na przykład złapane w pułapkę magnetyczną jony, elektrony lub fotony. Qubit w przeciwieństwie do bitu może mieć dwa stany jednocześnie, czyli reprezentować 1 i 0 naraz.
