L'evoluzione dell'informatica

Nel 1958, Chaim Pekeris completò un progetto fondamentale nel campo dell'informatica. Come fisico presso il Weizmann Institute of Technology in Israele, rimase affascinato dalla scienza relativamente nuova della meccanica quantistica e dal suo potenziale per spiegare dai primi principi il comportamento degli atomi.

C'era un problema però. L'equazione sviluppata da Schrodinger che poteva fare il lavoro era troppo complessa da gestire per i comuni mortali. Usarlo per determinare i livelli di energia elettronica anche di un modesto atomo di elio era apparentemente impossibile.

Chaim ha avuto un'idea, tuttavia: perché non sfruttare il campo nascente dell'informatica per fare il lavoro.

Oggi Christoph Koutschan e Doron Zeilberger analizzano il lavoro da lui svolto in diversi anni e lo confrontano con l'approccio che avrebbero oggi al problema. È una lettura interessante.

Il compito di Chaim era monumentale. Per prima cosa dovette persuadere l'Istituto Wiezmann e un comitato tecnico, tra cui Einstein e Von Neumann, a costruire un computer. Einstein si dimostrò difficile da persuadere, ma alla fine fu conquistato da Von Neumann.

WEIZAC, il primo computer elettronico di Israele è stato costruito tra il 1954 e il 1954. Secondo Wikipedia, WEIZAC era un computer asincrono che operava su parole a 40 bit. Le istruzioni erano costituite da 20 bit: un codice di istruzione a 8 bit e 12 bit per l'indirizzamento. Per una memoria aveva un tamburo magnetico che poteva immagazzinare 1.024 parole.

Oggi otterresti più potenza di elaborazione da una lavatrice.

Prima che il computer potesse essere coinvolto, Pekeris ha dovuto capire come descrivere i due atomi e il nucleo di un atomo di elio usando il tipo di equazioni differenziali parziali ricorrenti che un computer potrebbe gestire. Il risultato è stata una notevole equazione di 33 termini che ha derivato a mano, un singolo calcolo che secondo Koutschan e Zeilberger deve aver richiesto 20 ore persona.

Il computer che doveva essere programmato in codice macchina. Ciò significa scriverlo interamente in 0 e 1, per il quale ha reclutato l'aiuto di un primo programmatore autodidatta chiamato Yigal Accad.

Questo programma ha poi tenuto impegnato WEIZAC per mesi, producendo alla fine una serie di tabelle che descrivono i livelli di energia di un atomo di elio, la prima volta che questo veniva fatto in modo accurato..

Quindi, come ha influito la legge di Moore su questo processo, chiedi a Koutschan e Zeilberger.

Hanno ripetuto il progetto di Pekeris usando i moderni strumenti dell'informatica per vedere come si confrontano.

Dicono che il calcolo numerico, il lavoro svolto da WEIZAC, può essere completato in una frazione di secondo su qualsiasi laptop.

Sottolineano inoltre che anche la programmazione è molto più semplice, grazie ai numerosi linguaggi di programmazione di alto livello disponibili oggi. Poche persone in questi giorni devono scherzare con il codice macchina, per fortuna.

Ma forse la cosa più sorprendente è che l'algebra per elaborare le equazioni differenziali può essere eseguita anche molto più velocemente oggi utilizzando programmi di computer algebra come Mathematica e Maple.

Koutschan e Zeilberger affermano di essere stati in grado di condensare questa parte del progetto, che ha richiesto a Pekeris almeno 20 ore, in una sessione di 2 ore.

È uno studio affascinante e anche controintuitivo in qualche modo. Sebbene sia facile vedere i miglioramenti di molti ordini di grandezza che hanno migliorato l'hardware, è chiaro da questo lavoro che la velocità del software è più limitata.

In particolare, un miglioramento dell'ordine di grandezza, da 20 ore a 2 ore, nel tempo necessario per eseguire l'algebra per questo problema è un miglioramento sorprendentemente piccolo in un periodo di 50 anni.

Ma data la natura del problema, è difficile immaginare come possano essere possibili ulteriori miglioramenti di ordine di grandezza. Che tipo di software di computer algebra potrebbe consentire a un essere umano di programmarlo risolve questo tipo di equazioni differenziali in minuti o secondi.

Ovviamente il fattore limitante qui non è il software ma il 'wetware'. Ciò significa che la prossima generazione di miglioramenti dovrà concentrarsi sul miglioramento del wetware o eliminarlo completamente dal giro.

Rif: arxiv.org/abs/1006.0200 : La collaborazione rivoluzionaria Pekeris-Accad-WEIZAC del 1958 che ha calcolato gli stati fondamentali degli atomi a due elettroni (e il suo Redux del 2010).

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