La potencia de una computadora cuántica se mide en qubits, la unidad de medida básica en una computadora cuántica. .
Me pongo la palma de la mano cada vez que leo una frase como esta. Esto no condujo a ningún bien, mi visión comenzó a desvanecerse; Pronto tendré que recurrir a Meklon.
Creo que es hora de sistematizar un poco los parámetros básicos de una computadora cuántica. Hay muchos de ellos:
- Número de cúbits
- Tiempo de mantenimiento de la coherencia (tiempo de decoherencia)
- Nivel de error
- arquitectura del procesador
- Precio, disponibilidad, condiciones de mantenimiento, tiempo de amortización, herramientas de programación, etc.
Número de cúbits
Aquí todo es obvio, cuanto más mejor. En realidad, hay que pagar por los qubits e, idealmente, es necesario comprar exactamente tantos qubits como sean necesarios para completar la tarea. Para un desarrollador de máquinas tragamonedas exclusivas, un qubit por máquina es suficiente (para generar aleatoriedad). Para RSA-2048 de "fuerza bruta": al menos 2048 qubits.
Los algoritmos cuánticos más publicitados llevan el nombre de Grover y Shor. Grover te permite "piratear" hashes. Para bloquear Bitcoin, necesitas computadoras con al menos 256 qubits a bordo (puedes jugar con la complejidad de Bitcoin, pero sigamos con este número redondo). Shor te permite factorizar números. Para factorizar un número de n dígitos binarios, necesita al menos n qubits.
Máximo actual: 50 qubits (). Y, de hecho, 50 qubits es el límite. El límite de la simulación por computadora cuántica. En teoría, podemos simular cualquier número de qubits en computadoras clásicas. En la práctica, añadir un qubit a una simulación requiere duplicar los ordenadores clásicos. Agregue a esto los rumores sobre que los qubits se duplican cada año y hágase la pregunta: ¿cómo depurar algoritmos para 25651210242048 qubits? No existe un simulador; no se puede establecer un punto de interrupción en un procesador cuántico.
Tiempo de mantenimiento de la coherencia (tiempo de decoherencia)
Coherencia y coherencia no son lo mismo. Me gusta comparar la coherencia con la regeneración de la memoria de trabajo. Hay miles de millones de celdas en la barra de RAM, cada una con una carga, cero o uno. Esta carga tiene una propiedad muy interesante: drena. La celda inicialmente "unitaria" se convierte en la celda 0.99, luego en la celda 0.98, y así sucesivamente. Así, a cero se acumulan 0.01, 0.02, 0.03... Esta carga hay que renovarla, “regenerarla”. Todo lo que sea menos de la mitad se pone a cero y todo lo demás se pone a uno.
Los procesadores cuánticos no se pueden regenerar. En consecuencia, hay un ciclo para todos los cálculos, hasta el primer qubit "filtrado". El tiempo anterior al primer “goteo” se llama tiempo de decoherencia. La coherencia es un estado en el que los qubits aún no se han "filtrado". Puedes mirar explicaciones un poco más adultas.
La decoherencia está relacionada con el número de qubits: cuantos más qubits, más difícil es mantener la coherencia. Por otro lado, si tienes una gran cantidad de qubits, puedes utilizar algunos de ellos para corregir errores asociados a la decoherencia. De aquí sigueque la cantidad de qubits por sí sola no resuelve nada. Puede duplicar la cantidad de qubits y gastar el 90% de ellos arreglando la decoherencia.
Aquí es donde entra en juego el concepto de qubit lógico. En términos generales, si tienes un procesador con 100 qubits, pero 40 de ellos están destinados a corregir la decoherencia, te quedan 60 qubits lógicos. Aquellos sobre los que ejecutas tu algoritmo. El concepto de qubits lógicos es ahora bastante teórico; personalmente, no he oído hablar de implementaciones prácticas.
Errores y su corrección.
Otro flagelo de los procesadores cuánticos. Si invierte un qubit, existe un 2% de posibilidades de que la operación falle. Si entrelaza 2 qubits, la tasa de error es de hasta el 8%. Tome un número de 256 bits, haga un hash a SHA-256, cuente el número de operaciones, calcule la probabilidad de realizar TODAS estas operaciones sin errores.
Los matemáticos ofrecen una solución: la corrección de errores. Hay algoritmos. Implementar un entrelazamiento de 2 qubits lógicos requiere 100.000 qubits físicos. No pasará mucho tiempo antes de que llegue el final.
arquitectura del procesador
Estrictamente hablando, no existen ordenadores cuánticos. Sólo existen procesadores cuánticos. ¿Por qué necesitas RAM cuando el tiempo de trabajo se limita a milisegundos? Programo en Q#, pero es un lenguaje de alto nivel. Asígnate 15 qubits y haz lo que quieras con ellos. Quería entrelazar el primer qubit con el décimo. Deseado: confundió los primeros seis.
En un procesador real no existe tal libertad. Pedí entrelazar el primer qubit con 15; el compilador generará 26 operaciones adicionales. Si tienes suerte. Si no tienes suerte, generará cien. El hecho es que un qubit sólo puede enredarse con sus vecinos. No he visto más de 6 vecinos por qubit. En principio, existen compiladores que optimizan programas cuánticos, pero siguen siendo bastante teóricos.
Cada procesador tiene un conjunto diferente de instrucciones y las conexiones entre qubits son diferentes. En un mundo ideal, tenemos Rx, Ry, Rz arbitrarios y sus combinaciones, además de entrelazamiento libre basado en una docena de funciones, además de Swap: mire los operadores en . En realidad, tenemos varios pares de qubits, y el entrelazamiento de CNOT (q[0], q[1]) cuesta una operación, y CNOT(q[1], q[0]) requiere 7. Y la coherencia se funde. .
Precio, disponibilidad, condiciones de mantenimiento, tiempo de amortización, herramientas de programación…
Los precios no se anuncian, la disponibilidad para el ciudadano medio es casi nula, el tiempo de depreciación no se ha calculado en la práctica y las herramientas de programación están apenas en su infancia. Documentación en arxiv.org.
Entonces, ¿qué información se requiere de los expertos cuando se lanza al mercado una nueva computadora cuántica?
Además de la lista anterior, me gustan las opciones de и :
Si tan solo cada artículo sobre una nueva computadora cuántica comenzara con dos características: cantidad simultáneo qubits entrelazados y tiempo de retención de qubits.
O mejor aún, desde el tiempo que lleva ejecutar una prueba comparativa simple, por ejemplo, encontrar factores primos del número 91.
Fuente: habr.com