양자컴퓨터의 특징

양자 컴퓨터의 성능은 양자 컴퓨터의 기본 측정 단위인 큐비트(qubit)로 측정됩니다. 출처.

저는 이런 문구를 읽을 때마다 손바닥을 치켜세웁니다. 이것은 좋은 결과로 이어지지 않았고 시력이 약해지기 시작했습니다. 조만간 메클론으로 가야겠습니다.

이제 양자컴퓨터의 기본 매개변수를 어느 정도 체계화할 때가 왔다고 생각합니다. 그 중 몇 가지가 있습니다:

1. 큐비트 수
2. 응집 유지 시간(결맞음 시간)
3. 오류 수준
4. 프로세서 아키텍처
5. 가격, 가용성, 유지 관리 조건, 상환 시간, 프로그래밍 도구 등

큐비트 수

여기에서는 모든 것이 분명할수록 더 좋습니다. 실제로는 큐비트에 대한 비용을 지불해야 하며, 이상적으로는 작업을 완료하는 데 필요한 만큼의 큐비트를 정확히 구매해야 합니다. 전용 슬롯 머신 개발자의 경우 머신당 하나의 큐비트이면 충분합니다(임의성을 생성하는 데). "무차별 대입" RSA-2048의 경우 - 최소 2048큐비트.

가장 널리 알려진 양자 알고리즘은 Grover와 Shor의 이름을 따서 명명되었습니다. Grover를 사용하면 해시를 "해킹"할 수 있습니다. 비트코인을 크래시하려면 최소 256큐비트가 탑재된 컴퓨터가 필요합니다(비트코인의 복잡성을 가지고 놀 수 있지만 이 어림수를 고수하겠습니다). Shor를 사용하면 숫자를 인수분해할 수 있습니다. n개의 이진수 길이를 인수분해하려면 최소한 n 큐비트가 필요합니다.

현재 최대값: 50큐비트(벌써 72세?). 실제로 50큐비트가 한계입니다. 양자컴퓨터 시뮬레이션의 한계. 이론적으로 우리는 클래식 컴퓨터에서 큐비트 수에 제한 없이 시뮬레이션할 수 있습니다. 실제로 시뮬레이션에 큐비트 25651210242048개를 추가하려면 기존 컴퓨터의 성능을 두 배로 늘려야 합니다. 여기에 큐비트가 매년 두 배로 증가한다는 소문을 추가하고 스스로에게 질문해 보세요. XNUMX 큐비트에 대한 알고리즘을 디버깅하는 방법은 무엇입니까? 시뮬레이터가 없으므로 양자 프로세서에 중단점을 설정할 수 없습니다.

응집 유지 시간(결맞음 시간)

일관성과 일관성은 같은 것이 아닙니다. 나는 일관성을 작업 기억 재생과 비교하고 싶습니다. RAM 스트립에는 수십억 개의 셀이 있으며 각 셀에는 0.99 또는 0.98개의 전하가 있습니다. 이 요금은 매우 흥미로운 특성을 가지고 있습니다. 즉, 소모됩니다. 초기의 "단위" 셀은 0.01 셀이 되고 그 다음에는 0.02 셀이 됩니다. 따라서 0.03, XNUMX, XNUMX이 XNUMX에 누적됩니다... 이 요금은 갱신, 즉 "재생"되어야 합니다. 절반보다 작은 값은 XNUMX으로 재설정되고 나머지는 모두 XNUMX로 푸시됩니다.

양자 프로세서는 재생성될 수 없습니다. 따라서 첫 번째 "유출된" 큐비트까지 모든 계산에 하나의 주기가 있습니다. 첫 번째 "드립" 이전의 시간을 결맞음 시간이라고 합니다. 일관성은 큐비트가 아직 "유출"되지 않은 상태입니다. 여기에 조금 더 어른들의 설명을 보시면 됩니다.

결맞음은 큐비트 수와 관련이 있습니다. 큐비트가 많을수록 일관성을 유지하기가 더 어렵습니다. 반면에 큐비트 수가 많은 경우 그 중 일부를 사용하여 결맞음과 관련된 오류를 수정할 수 있습니다. 여기에서 따르다큐비트 수 자체로는 아무것도 해결되지 않습니다. 큐비트 수를 두 배로 늘리고 그 중 90%를 결맞음 수정에 사용할 수 있습니다.

여기서 논리적 큐비트의 개념이 적용됩니다. 대략적으로 말하면, 100큐비트를 가진 프로세서가 있지만 그 중 40개가 결맞음 수정을 목표로 하는 경우 논리적 큐비트는 60개가 남습니다. 알고리즘을 실행하는 대상입니다. 논리적 큐비트의 개념은 이제 다소 이론적인 수준이 되었으며 개인적으로 실제 구현에 대해 들어본 적이 없습니다.

오류 및 수정

양자 프로세서의 또 다른 재앙. 큐비트를 반전하면 작업이 실패할 확률이 2%입니다. 2큐비트를 얽히면 오류율은 최대 8%이다. 256비트 숫자를 가져와 SHA-256으로 해시하고 작업 수를 계산하고 오류 없이 이러한 모든 작업을 수행할 확률을 계산합니다.

수학자들은 오류 수정이라는 해결책을 제시합니다. 알고리즘이 있습니다. 2개의 논리적 큐비트로 구성된 하나의 얽힘을 구현하려면 100.000개의 물리적 큐비트가 필요합니다. 종말이 오기까지는 그리 오랜 시간이 걸리지 않을 것입니다.

프로세서 아키텍처

엄밀히 말하면 양자컴퓨터는 없습니다. 양자 프로세서만 있습니다. 작업 시간이 밀리초로 제한되어 있는데 왜 RAM이 필요한가요? Q#으로 프로그래밍하지만 고급 언어입니다. 자신에게 15큐비트를 할당하고 원하는 대로 수행하세요. 그는 첫 번째 큐비트를 XNUMX번째 큐비트와 얽히기를 원했습니다. 원하는 - 처음 XNUMX개를 혼동했습니다.

실제 프로세서에는 그러한 자유가 없습니다. 나는 첫 번째 큐비트를 15로 얽히도록 요청했습니다. 컴파일러는 26개의 추가 작업을 생성합니다. 운이 좋다면. 운이 좋지 않으면 6개가 생성됩니다. 사실 큐비트는 이웃과만 얽힐 수 있습니다. 큐비트당 XNUMX개 이상의 이웃을 본 적이 없습니다. 원칙적으로 양자 프로그램을 최적화하는 컴파일러가 있지만 여전히 이론적인 수준입니다.

각 프로세서에는 서로 다른 명령어 세트가 있으며 큐비트 간의 연결도 다릅니다. 이상적인 세계에는 임의의 Rx, Ry, Rz 및 그 조합과 XNUMX가지 기능을 기반으로 한 자유로운 얽힘, 그리고 Swap이 있습니다. 경구. 실제로는 여러 쌍의 큐비트가 있으며 CNOT(q[0], q[1])의 얽힘에는 한 번의 작업 비용이 들고 CNOT(q[1], q[0])에는 7이 걸립니다. 그리고 일관성이 녹습니다.. .

가격, 가용성, 유지 관리 조건, 상환 시간, 프로그래밍 도구...

가격은 광고되지 않으며 일반 시민의 가용성은 거의 XNUMX에 가깝고 감가상각 시간은 실제로 계산되지 않았으며 프로그래밍 도구는 초기 단계에 있습니다. arxiv.org의 문서.

그렇다면 새로운 양자컴퓨터를 출시할 때 전문가에게 어떤 정보를 요구하는가?

위 목록 외에도 다음 옵션이 마음에 듭니다. 펄파워 и Alter2:

새로운 양자 컴퓨터에 관한 모든 기사가 두 가지 특성, 즉 양으로 시작된다면 동시에 얽힌 큐비트 및 큐비트 유지 시간.

또는 더 나은 방법은 예를 들어 숫자 91의 소인수를 찾는 것과 같은 간단한 벤치마크를 실행하는 데 걸리는 시간입니다.

출처 : habr.com