LANL - крупнейшее междисциплинарное научно-исследовательское учреждение в мире, в проектах которого задействованы физики (примерно 1/3 всего персонала), инженеры (1/4 персонала), химики и специалисты по материаловедению (1/6 персонала), а также математики, биологи, специалисты по компьютерным технологиям, геофизики и др. Кроме того, лаборатория активно сотрудничает с другими научно-исследовательскими центрами и промышленными корпорациями в проведении самых передовых исследований от новейших промышленных технологий до изучения генома человека, от альтернативных источников энергии до новых полимеров.

Лаборатория имеет 21 подразделение, связь с заказчиками обеспечивается сотрудниками 4 специальных офисов, 11 офисов отвечают за взаимодействие подразделений в рамках самой лаборатории и еще 3 офиса занимаются экспертизой технических проектов.

С 1980 г. LANL издает собственный научный журнал (скорее, правда, ежегодник) Los Alamos Science (lib-www.lanl.gov/pubs/Science.htm), в котором публикуются материалы как об исследовательских проектах и основных результатах исследований, так и по фундаментальным проблемам современной науки и о достижениях в области высоких технологий. В частности, 21-й номер LAS (1993) был полностью посвящен 50-летию лаборатории, 24-й (1996) - теме российско-американского сотрудничества в деле уменьшения ядерной угрозы. Вообще все номера журнала тематические и исключительно содержательные. Кроме LAS, издаются еще 6 журналов и бюллетеней и около десятка других специализированных изданий, которые доступны on-line. Особенно обращает на себя внимание журнал BITS (lib-www.lanl.gov/pubs/bits.htm), который выходит в двух редакциях: BITS: Computing and Communications News (с 1995 г.) и BITS: Introduction to Computing at LANL (с 1996 г.).

Как и многие подразделения такого рода, LANL была создана более 50 лет назад (в 1943 г.) для решения прежде всего проблем национальной безопасности. С окончанием Холодной войны спектр чисто мирных задач, решаемых в лаборатории, значительно расширился. Однако, как отметил в недавнем своем послании директор LANL Джон К. Браун, главными задачами лаборатории на пороге нового тысячелетия по-прежнему остаются проблемы обеспечения ядерной безопасности страны, в первую очередь - безопасности и надежности хранения ядерных арсеналов, а также избавление с помощью науки от наследия Холодной войны и создание технологий для решения ключевых проблем энергетики, защиты окружающей среды, охраны здоровья и создания соответствующей инфраструктуры.

Естественно, решение любой из этих задач требует огромных вычислительных мощностей. И специалисты LANL такими средствами обладают. Более того, в лаборатории имеются несколько специальных подразделений, занятых проблемами компьютинга в самом широком смысле, в частности, "Отдел компьютеров и вычислительных наук" и "Отдел компьютеров, коммуникаций и сетей". Но группы специалистов по компьютингу имеются практически во всех отделах LANL. В настоящее время завершаются работы по монтированию так называемого "Стратегического вычислительного комплекса" (Strategic Computing Complex) в рамках программы ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative, см. w10.lanl.gov:80/asci/asci.html) Министерства энергетики США. Первоначально это будет 30-терафлопная система, которая вступит в действие уже в этом году, но благодаря своей архитектуре уже к 2004 году ее мощность будет доведена до 100 терафлоп. Но даже в стартовом варианте она более чем вдвое превзойдет по производительности недавно анонсированный в рамках той же программы ASCI суперкомпьютер от IBM (см. "КВ" №34, 2001).

Для решения многих фундаментальных и прикладных задач в LANL широко применяется технология создания суперкомпьютеров семейства Beowulf (см. "КВ" №5, 2001), основанная на построении кластеров обычных Pentium-систем. Например, в "Отделе теоретической астрофизики" (Т-6) в рамках проекта Loki¹ построен суперкомпьютер с производительностью 1,2 миллиарда операций в секунду с конфигурацией: 16 Pentium Pro процессоров, 5 карт Fast Ethernet, 2 Gb RAM, 50 Gb HDD и ОС Linux. И все это за 63000 долларов (в ценах 1996 года!). В ноябре 1997 года Loki удостоена Gordon Bell Prize по показателю цена/производительность. Казалось бы, ну что там кластер из 16 процессоров! А он позволил за "считанные гроши" решать задачи огромной сложности (как, например, задачу гравитационного взаимодействия 9,75 миллионов частиц). Вычисления заняли трое суток при производительности 1 гигафлоп.

Вскорости у Loki появился "старший братец" с именем Avalon. Этот был "покруче": 140 процессоров Alpha, 8 Gb RAM и производительность 10 гигафлоп при цене в 150000 долларов. Avalon также использовался для решения задач в области физики сверхплотного состояния вещества и астрофизики.

Но пока, пожалуй, непревзойденные результаты LANL имеет в быстро развивающейся области квантового компьютинга. В марте прошлого года было объявлено, что группа во главе с Рэймондом Лэфлэммом (Raymond Laflamme) создала действующий прототип 7-кюбитного компьютера (www.lanl.gov/worldview/news/releases/archive/00-041.shtml). Это пока наивысшее достижение. Рабочим телом этого квантового процессора выступала небольшая капелька органической кислоты, молекулы которой состояли из 6 атомов водорода и 4 атомов углерода. Частицы этого вещества подобны маленьким плоским магнитам, способным поворачиваться во внешнем магнитном поле. Для управления их поведением в эксперименте была применена техника ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Электромагнитные импульсы ЯМР-устройства выстраивают частицы или по, или против приложенного постоянного магнитного поля, что позволяет реализовать кодирование бита информации - нулем или единицей, с тем принципиальным отличием, что в силу законов квантовой физики до так называемого "наблюдения" (в данном случае, например, считывания информации) частица находится одновременно в обоих состояниях (0 и 1). Таким образом, информация кодируется не битами, как в обычных компьютерах, а так называемыми кюбитами, т.е. квантовыми битами. Именно за счет этого ученые и надеются достичь уже в ближайшие годы немыслимого для обычных компьютеров быстродействия. И лос-аламосская лаборатория имеет тут хорошие заделы. Кстати сказать, первый 3-кюбитный квантовый компьютер был создан здесь же в 1998 году с использованием той же техники ЯМР и трихлорэтилена в качестве рабочего вещества.

Интересно отметить, что кремний, который в свое время ознаменовал начало технологической эры (палеолит), в наши дни знаменует наступление информационной эры и, как и в первом случае, скоро сойдет с исторической сцены, уступив место иным материалам и принципиально иным технологиям.

Однако LANL ведомы наши "классические" проблемы, а именно - огромное количество давно устаревшего оборудования. Так, 43% его имеет более чем 40-летний возраст, 73% - более чем 20-летний. Существуют и кадровые проблемы. Но эти проблемы не так страшны по сравнению с теми, с которыми лаборатория столкнулась после трагического пожара, названного "Cerro Grande Fire", 4 мая 2000 года. LANL смогла возобновить работу только спустя две недели после трагедии. Никто из сотрудников не пострадал, и главное - не было допущено утечки радиоактивных и ядовитых веществ.

Но LANL - это LANL, а проблемы для того и существуют, чтобы их решать. И, я уверен, очень скоро мы услышим о новых потрясающих достижениях ее ученых и инженеров.

Сергей САНЬКО

1 Локи, как и Беовульф, — герой древнегерманской мифологии, бог поколения асов, кровный брат Одина, отличающийся хитростью и коварством.