Pentru mulți oameni, numerele prime au dispărut în fundal de pe vremea școlii generale. Cu toate acestea, pentru Luke Durant, un fost programator Nvidia în vârstă de 36 de ani, numerele prime au devenit o pasiune consumatoare. A dedicat aproape un an și a investit o sumă considerabilă de bani din propriul său buget pentru a descoperi cel mai mare număr prim cunoscut din lume.
Dacă ai nevoie de un refresh, un număr prim este un număr întreg care poate fi împărțit doar la 1 și la el însuși, cum ar fi 2, 3, 5 și 7. Descoperirea remarcabilă a lui Durant, numită oficial M136279841, constă dintr-un impresionant 41,024,320 de cifre și marchează prima descoperire primă într-un interval de aproape șase ani. Această descoperire istorică este clasificată ca un număr prim Mersenne, numit după călugărul francez Marin Mersenne, care a studiat aceste numere cu mai mult de 350 de ani în urmă. Numerele prime Mersenne sunt un tip rar de număr, iar descoperirea lui Durant ca al 52-lea număr prim Mersenne cunoscut este cu atât mai impresionantă. Un număr este considerat prim Mersenne doar dacă poate fi scris sub forma 2ᵖ-1.
Spre deosebire de alte numere prime mari folosite în anumite aplicații pentru a proteja securitatea internetului, numerele prime Mersenne sunt importante din alte motive. „Înregistrarea istorică a celui mai mare număr prim din lume ne spune ceva despre capacitatea istorică a calculatoarelor și, în special, ne oferă informații despre progresul umanității în acest domeniu”, a spus Dr. Kevin Buzzard, profesor de matematică pură la Imperial College London, care nu a fost implicat în eforturile lui Durant, conform CNN.
Căutarea Mare a Numerelor Prime Mersenne, sau GIMPS, un proiect comunitar, a anunțat descoperirea lui Durant pe 21 octombrie. GIMPS este un exemplu de știință a cetățenilor, care, conform lui Buzzard, permite nespecialiștilor să facă unele dintre descoperirile celor mai mari numere prime cunoscute.
„Am recunoscut că comunitatea GIMPS a realizat un sistem incredibil cu tehnologie uimitoare pentru căutarea numerelor prime uriașe”, a spus Durant, care locuiește în San Jose, California. După ce s-a familiarizat cu software-ul proiectului și a învățat cum să folosească computerele în cloud, a combinat aceste elemente, permițându-i să ruleze suficiente sisteme la nivel mondial pentru a crea un supercomputer extrem de rapid.
Comunitatea GIMPS include voluntari din întreaga lume care rulează software-ul proiectului pe calculatoarele lor personale în căutarea de noi numere prime și matematicieni care analizează rezultatele Mersenne pentru a extinde explorările viitoare.
Ce îi inspiră pe mii de voluntari să vâneze cele mai mari numere prime din lume? Pentru Durant, este o combinație între interesele sale în dezvoltarea de sisteme de calcul mari și explorarea limitărilor legilor fizicii, în special restricțiile privind conținutul și viteza de calcul. „Am vrut să împing limitele universului cunoscut în orice mic mod în care am fost capabil”, a spus el. „Aceste numere prime uriașe sunt, în unele sensuri, cele mai mari ‘piese unice de informație’ din universul cunoscut.”
Căutarea unor numere prime din ce în ce mai mari Deși nu există aplicații practice pentru astfel de numere prime extrem de mari astăzi, acest lucru nu diminuează semnificația pentru cei implicați în proiect. „Această descoperire este mai mult un element de noutate pentru matematicieni, o raritate și o bijuterie frumoasă”, a spus George Woltman, fondatorul GIMPS, care conduce acest proiect colaborativ ca pe un hobby de 28 de ani, într-un email. „Poate că cea mai bună utilizare a programului va fi inspirarea următoarei generații de tineri matematicieni.”
Durant a primit o alertă preliminară a avansului său prim pe seara zilei de 12 octombrie, în timp ce își finaliza pregătirile pentru o călătorie. „Am luat un moment pentru a decide dacă mă simt pregătit să lucrez imediat la confirmarea că noul număr este prim”, a spus el, „înainte de a decide că este prea important să-l las să aștepte și m-am așezat să revin la lucru.” Pentru a testa primalitatea unui număr, programele GIMPS rulează un test probabil de primalitate, iar, dacă testul produce un rezultat de succes, numărul este aproape concludent un nou număr prim. De acolo, serverul GIMPS este notificat, iar mai multe teste definitive de primalitate sunt efectuate pe hardware și programe diferite pentru a verifica noul număr prim Mersenne.
Chiar și pentru un programator experimentat precum Durant, descoperirea a fost excepțională. „Sunt extrem de norocos să fiu descoperitorul celui mai recent număr prim Mersenne”, a spus el. „Aceste numere sunt atât de excepțional de mari și rare acum, încât eram complet pregătit să eșuez după poate încă un an sau doi de efort.”
Mai mult, realizarea lui Durant este notabilă ca fiind prima de acest fel descoperită prin unități de procesare grafică, sau GPU-uri, conform GIMPS. GPU-urile sunt cunoscute pentru efectuarea de ecuații matematice la viteze mari și procesarea simultană a multor date; acestea se regăsesc în dispozitive de zi cu zi, cum ar fi smartphone-uri sau laptopuri, redând grafică de înaltă calitate sau antrenând rețele de inteligență artificială pentru a procesa eficient cantități mari de informații.
Spre deosebire de căutările anterioare de succes ale numerelor prime Mersenne care au folosit unități de procesare centrală, sau CPU-uri, componenta principală a unui computer care servește ca centru de control pentru a rula sistemul de operare și aplicațiile mașinii, utilizarea GPU-urilor de către Durant a transformat experiența sa. Programatorul Mihai Preda a contribuit la descoperirea lui Durant după ce a scris software-ul GpuOwl, care este disponibil pentru toți utilizatorii GIMPS pentru a testa primalitatea Mersenne din 2017. GPU-urile de grad profesional utilizate de Durant sunt cunoscute pentru eficiența lor în gestionarea calculelor matematice repetitive în câteva secunde. Supercomputerul lui Durant a inclus, de asemenea, mii de GPU-uri server, străbătând 24 de regiuni de centre de date din 17 țări, conform unei declarații emise de GIMPS.
Woltman prezice că vor fi descoperite mai multe numere prime folosind GPU-uri în viitor. „GPU-urile sunt atât de bune în abordarea calculelor dificile, în comparație cu CPU-urile care sunt adaptate la o varietate largă de probleme”, a spus el. „Cu toate acestea, nu excludeți CPU-urile, acestea vor rămâne încă o parte importantă a GIMPS și este foarte posibil să găsească următorul număr prim.”
Durant își atribuie o mare parte din succes educației pe care a primit-o la Școala Alabama de Matematică și Știință din Mobile și mediului său de susținere. „Interesele și abilitățile mele tehnice se datorează în mare parte colegilor mei și cadrelor didactice de la ASMS”, a spus el.
Pe baza avansului său cu noul număr prim Mersenne, Durant este eligibil pentru premiul de descoperire în cercetare GIMPS în valoare de 3.000 de dolari. El a spus că plănuiește să doneze banii câștigați școlii publice. „Sunt bucuros că am un rezultat care poate ajuta să arate puțin despre un loc special din sud”, a spus el.