La puissance d’un ordinateur quantique est mesurée en qubits, l’unité de mesure de base d’un ordinateur quantique. .
Je fais face à chaque fois que je lis une phrase comme celle-ci. Cela n’a mené à rien de bon : ma vision a commencé à s’estomper ; Je vais bientôt devoir me tourner vers Meklon.
Je pense qu'il est temps de systématiser quelque peu les paramètres de base d'un ordinateur quantique. Il y en a plusieurs :
- Nombre de qubits
- Temps de maintien de cohérence (temps de décohérence)
- Niveau d'erreur
- Architecture du processeur
- Prix, disponibilité, conditions de maintenance, temps d'amortissement, outils de programmation, etc.
Nombre de qubits
Tout est évident ici, plus c'est mieux. En réalité, vous devez payer pour les qubits et, idéalement, vous devez acheter exactement autant de qubits que nécessaire pour accomplir la tâche. Pour un développeur de machines à sous exclusives, un qubit par machine suffit (pour générer du hasard). Pour la « force brute » RSA-2048 - au moins 2048 qubits.
Les algorithmes quantiques les plus médiatisés portent le nom de Grover et Shor. Grover vous permet de « pirater » des hachages. Pour planter Bitcoin, vous avez besoin d'ordinateurs avec au moins 256 qubits à bord (vous pouvez jouer avec la complexité du Bitcoin, mais restons-en à ce nombre rond). Shor vous permet de factoriser des nombres. Pour factoriser un nombre de n chiffres binaires, vous avez besoin d’au moins n qubits.
Maximum actuel : 50 qubits (). Et en fait, 50 qubits est la limite. La limite de la simulation informatique quantique. En théorie, nous pouvons simuler n’importe quel nombre de qubits sur des ordinateurs classiques. En pratique, ajouter un qubit à une simulation nécessite de doubler les ordinateurs classiques. Ajoutez à cela les rumeurs selon lesquelles les qubits doubleraient chaque année, et posez-vous la question : comment déboguer les algorithmes pour 25651210242048 qubits ? Il n’y a pas de simulateur ; vous ne pouvez pas définir de point d’arrêt sur un processeur quantique.
Temps de maintien de cohérence (temps de décohérence)
La cohérence et la cohérence ne sont pas la même chose. J'aime comparer la cohérence à la régénération de la mémoire de travail. Il y a des milliards de cellules sur la bande RAM, chacune avec une charge, zéro ou une. Cette charge a une propriété très intéressante : elle draine. La cellule initialement « unité » devient la cellule 0.99, puis la cellule 0.98, et ainsi de suite. Ainsi, 0.01, 0.02, 0.03 s'accumulent à zéro... Cette charge doit être renouvelée, « régénérée ». Tout ce qui est inférieur à la moitié est remis à zéro, tout le reste est ramené à un.
Les processeurs quantiques ne peuvent pas être régénérés. En conséquence, il y a un cycle pour tous les calculs, jusqu'au premier qubit « divulgué ». Le temps précédant la première « goutte » est appelé temps de décohérence. La cohérence est un état dans lequel les qubits n’ont pas encore « fuité ». Vous pouvez regarder des explications un peu plus adultes.
La décohérence est liée au nombre de qubits : plus il y a de qubits, plus il est difficile de maintenir la cohérence. En revanche, si vous disposez d’un grand nombre de qubits, vous pouvez en utiliser certains pour corriger des erreurs liées à la décohérence. D'ici suitque le nombre de qubits en lui-même ne résout rien. Vous pouvez doubler le nombre de qubits et en consacrer 90 % à la correction de la décohérence.
C’est là qu’intervient le concept de qubit logique. En gros, si vous disposez d'un processeur avec 100 qubits, mais que 40 d'entre eux sont destinés à corriger la décohérence, il vous reste 60 qubits logiques. Ceux sur lesquels vous exécutez votre algorithme. Le concept de qubits logiques est désormais plutôt théorique ; personnellement, je n’ai pas entendu parler d’implémentations pratiques.
Erreurs et leur correction
Encore un fléau des processeurs quantiques. Si vous inversez un qubit, il y a 2 % de chances que l’opération échoue. Si vous enchevêtrez 2 qubits, le taux d'erreur peut atteindre 8 %. Prenez un nombre de 256 bits, hachez-le en SHA-256, comptez le nombre d'opérations, calculez la probabilité d'effectuer TOUTES ces opérations sans erreur.
Les mathématiciens proposent une solution : la correction d’erreurs. Il existe des algorithmes. La mise en œuvre d'un intrication de 2 qubits logiques nécessite 100.000 XNUMX qubits physiques. La fin ne tardera pas à arriver.
Architecture du processeur
À proprement parler, il n’existe pas d’ordinateurs quantiques. Il n'existe que des processeurs quantiques. Pourquoi avez-vous besoin de RAM alors que le temps de travail est limité à quelques millisecondes ? Je programme en Q#, mais c'est un langage de haut niveau. Allouez-vous 15 qubits et faites-en ce que vous voulez. Il le voulait, intriqué le premier qubit avec le dixième. Souhaité - confus les six premiers.
Sur un vrai processeur, une telle liberté n'existe pas. J'ai demandé d'enchevêtrer le premier qubit avec 15 - le compilateur générera 26 opérations supplémentaires. Si tu es chanceux. Si vous n'avez pas de chance, cela en générera une centaine. Le fait est qu’un qubit ne peut que s’enchevêtrer avec ses voisins. Je n'ai pas vu plus de 6 voisins par qubit. En principe, il existe des compilateurs qui optimisent les programmes quantiques, mais ils restent plutôt théoriques.
Chaque processeur possède un ensemble d'instructions différent et les connexions entre les qubits sont différentes. Dans un monde idéal, nous avons Rx, Ry, Rz arbitraires et leurs combinaisons, plus une intrication libre basée sur une douzaine de fonctionnalités, plus Swap : regardez les opérateurs dans . En réalité, nous avons plusieurs paires de qubits, et l'intrication de CNOT (q[0], q[1]) coûte une opération, et CNOT(q[1], q[0]) en prend 7. Et la cohérence fond .. .
Prix, disponibilité, conditions de maintenance, temps d'amortissement, outils de programmation...
Les prix ne sont pas annoncés, la disponibilité pour le citoyen moyen est proche de zéro, le temps d'amortissement n'a pas été calculé dans la pratique, les outils de programmation n'en sont qu'à leurs balbutiements. Documentation sur arxiv.org.
Alors, de quelles informations avez-vous besoin des experts lors de la sortie d’un nouvel ordinateur quantique ?
Outre la liste ci-dessus, j'aime les options de и :
Si seulement chaque article sur un nouvel ordinateur quantique commençait par deux caractéristiques : la quantité simultané qubits intriqués et temps de rétention des qubits.
Ou encore mieux - à partir du temps nécessaire pour exécuter un simple benchmark, par exemple, trouver les facteurs premiers du nombre 91.
Source: habr.com