Die Leistung eines Quantencomputers wird in Qubits gemessen, der Grundmaßeinheit eines Quantencomputers. .
Jedes Mal, wenn ich einen Satz wie diesen lese, schaue ich mir ins Gesicht. Dies führte zu nichts Gutem; meine Vision begann zu verblassen; Ich muss mich bald an Meklon wenden.
Ich denke, es ist an der Zeit, die Grundparameter eines Quantencomputers etwas zu systematisieren. Es gibt mehrere davon:
- Anzahl der Qubits
- Kohärenzhaltezeit (Dekohärenzzeit)
- Fehlerstufe
- Prozessorarchitektur
- Preis, Verfügbarkeit, Wartungsbedingungen, Amortisationszeit, Programmiertools usw.
Anzahl der Qubits
Hier ist alles klar, je mehr desto besser. In Wirklichkeit muss man für Qubits bezahlen und im Idealfall genau so viele Qubits kaufen, wie zur Erledigung der Aufgabe benötigt werden. Für einen Entwickler exklusiver Spielautomaten reicht ein Qubit pro Maschine aus (um Zufälligkeit zu erzeugen). Für „Brute Force“ RSA-2048 – mindestens 2048 Qubits.
Die bekanntesten Quantenalgorithmen sind nach Grover und Shor benannt. Mit Grover können Sie Hashes „hacken“. Um Bitcoin zum Absturz zu bringen, braucht man Computer mit mindestens 256 Qubits an Bord (man kann mit der Komplexität von Bitcoin herumspielen, aber bleiben wir bei dieser runden Zahl). Mit Shor können Sie Zahlen faktorisieren. Um eine Zahl mit der Länge n Binärziffern zu faktorisieren, benötigen Sie mindestens n Qubits.
Aktuelles Maximum: 50 Qubits (). Und tatsächlich sind 50 Qubits die Grenze. Die Grenze der Quantencomputersimulation. Theoretisch können wir auf klassischen Computern beliebig viele Qubits simulieren. In der Praxis erfordert das Hinzufügen eines Qubits zu einer Simulation eine Verdoppelung der klassischen Computer. Fügen Sie dazu die Gerüchte hinzu, dass sich die Zahl der Qubits jedes Jahr verdoppelt, und stellen Sie sich die Frage: Wie debuggt man Algorithmen für 25651210242048 Qubits? Es gibt keinen Simulator; Sie können auf einem Quantenprozessor keinen Haltepunkt festlegen.
Kohärenzhaltezeit (Dekohärenzzeit)
Kohärenz und Kohärenz sind nicht dasselbe. Ich vergleiche Kohärenz gerne mit der Regeneration des Arbeitsgedächtnisses. Auf dem RAM-Streifen befinden sich Milliarden von Zellen, jede mit einer Ladung, null oder eins. Diese Ladung hat eine sehr interessante Eigenschaft – sie entlädt sich. Die anfängliche „Einheitszelle“ wird zur 0.99-Zelle, dann zur 0.98-Zelle und so weiter. Dementsprechend werden 0.01, 0.02, 0.03 bei Null akkumuliert... Diese Ladung muss erneuert, „regeneriert“ werden. Alles, was weniger als die Hälfte beträgt, wird auf Null zurückgesetzt, alles andere wird auf Eins verschoben.
Quantenprozessoren können nicht regeneriert werden. Dementsprechend gibt es einen Zyklus für alle Berechnungen, bis zum ersten „geleakten“ Qubit. Die Zeit bis zum ersten „Tropfen“ wird Dekohärenzzeit genannt. Kohärenz ist ein Zustand, in dem die Qubits noch nicht „durchgesickert“ sind. Sie können sich etwas mehr Erklärungen für Erwachsene ansehen.
Dekohärenz hängt mit der Anzahl der Qubits zusammen: Je mehr Qubits, desto schwieriger ist es, die Kohärenz aufrechtzuerhalten. Wenn Sie hingegen über eine große Anzahl von Qubits verfügen, können Sie einige davon verwenden, um Fehler im Zusammenhang mit der Dekohärenz zu korrigieren. Von hier folgtdass die Anzahl der Qubits allein nichts löst. Sie können die Anzahl der Qubits verdoppeln und 90 % davon für die Dekohärenz aufwenden.
Hier kommt das Konzept eines logischen Qubits ins Spiel. Grob gesagt: Wenn Sie einen Prozessor mit 100 Qubits haben, von denen jedoch 40 auf die Behebung der Dekohärenz abzielen, bleiben Ihnen 60 logische Qubits. Diejenigen, auf denen Sie Ihren Algorithmus ausführen. Das Konzept der logischen Qubits ist mittlerweile eher theoretisch; von praktischen Umsetzungen habe ich persönlich noch nichts gehört.
Fehler und deren Korrektur
Eine weitere Geißel der Quantenprozessoren. Wenn Sie ein Qubit umkehren, besteht eine Wahrscheinlichkeit von 2 %, dass der Vorgang fehlschlägt. Wenn man 2 Qubits verschränkt, beträgt die Fehlerrate bis zu 8 %. Nehmen Sie eine 256-Bit-Zahl, hashen Sie sie auf SHA-256, zählen Sie die Anzahl der Operationen und berechnen Sie die Wahrscheinlichkeit, ALLE dieser Operationen fehlerfrei auszuführen.
Mathematiker bieten eine Lösung: Fehlerkorrektur. Es gibt Algorithmen. Um eine Verschränkung von zwei logischen Qubits zu implementieren, sind 2 physikalische Qubits erforderlich. Bitko-kapets werden nicht bald kommen.
Prozessorarchitektur
Streng genommen gibt es keine Quantencomputer. Es gibt nur Quantenprozessoren. Warum braucht man RAM, wenn die Arbeitszeit auf Millisekunden begrenzt ist? Ich programmiere in Q#, aber es ist eine Hochsprache. Weisen Sie sich 15 Qubits zu und machen Sie damit, was Sie wollen. Er wollte das erste Qubit mit dem zehnten verschränken. Gewünscht - die ersten sechs verwirrt.
Auf einem echten Prozessor gibt es diese Freiheit nicht. Ich habe darum gebeten, das erste Qubit mit 15 zu verschränken – der Compiler generiert 26 zusätzliche Operationen. Wenn du Glück hast. Wenn Sie Pech haben, werden hundert generiert. Tatsache ist, dass ein Qubit nur mit seinen Nachbarn verschränkt werden kann. Ich habe nicht mehr als 6 Nachbarn pro Qubit gesehen. Prinzipiell gibt es Compiler, die Quantenprogramme optimieren, diese sind aber noch eher theoretisch.
Jeder Prozessor verfügt über einen anderen Befehlssatz und die Verbindungen zwischen Qubits sind unterschiedlich. In einer idealen Welt haben wir beliebige Rx, Ry, Rz und ihre Kombinationen sowie freie Verschränkung basierend auf einem Dutzend Merkmalen und Swap: Sehen Sie sich die Operatoren in an . In Wirklichkeit haben wir mehrere Paare von Qubits, und die Verschränkung von CNOT (q[0], q[1]) kostet eine Operation, und CNOT(q[1], q[0]) benötigt 7. Und die Kohärenz schmilzt. .
Preis, Verfügbarkeit, Wartungsbedingungen, Amortisationszeit, Programmiertools...
Preise werden nicht beworben, die Verfügbarkeit für den Durchschnittsbürger liegt bei nahezu Null, die Abschreibungszeit wurde in der Praxis nicht berechnet, Programmiertools stecken noch in den Kinderschuhen. Dokumentation auf arxiv.org.
Welche Informationen benötigen Sie also von Experten, wenn Sie einen neuen Quantencomputer auf den Markt bringen?
Neben der obigen Liste gefallen mir auch die Optionen von и :
Wenn nur jeder Artikel über einen neuen Quantencomputer mit zwei Merkmalen beginnen würde – Quantität gleichzeitig verschränkte Qubits und Qubit-Retentionszeit.
Oder noch besser – von der Zeit, die für die Durchführung eines einfachen Benchmarks benötigt wird, zum Beispiel für die Ermittlung der Primfaktoren der Zahl 91.
Source: habr.com