Kvantinė problema: jūs niekada nežinote ateities

Žmonės diskutuoja, ar kvantinis kompiuteris kelia realią grėsmę Bitcoin tinklui daugiau nei dešimtmetį. Tai buvo rimta pokalbių tema daugiau nei prieš 13 metų, kai pirmą kartą atradau Bitcoin.

Tiek teorijos, tiek realaus pasaulio inžinerijos požiūriu buvo padaryta gana didelė pažanga nuo senų laikų, kai buvau tik tvirkinantis idiotas, bandantis suprasti, kas čia vyksta.

Nuo to laiko buvo pasiekti du pagrindiniai etapai, kurie iš esmės keičia tikimybę, kad per artimiausią dešimtmetį iš tikrųjų bus sukurtas gyvybingas kvantinis kompiuteris. Tai savaime nereiškia, kad jis pasieks visur esantį ar net santykinai lengvą prieigą tiems, kurie turi daug kapitalo.

Tačiau labai tikėtina, kad artimiausiu metu bus pagaminta nemažai gyvybingų mašinų.

Klaidų taisymo patobulinimai

Pirmasis didelis patobulinimas buvo klaidų taisymas. Norint atsižvelgti į būdingą triukšmą dirbant su tokio mažo masto daiktais, norint gauti loginį kubitą, kuris būtų naudingas skaičiuojant praktiškai, reikia naudoti kelis perteklinius fizinius kubitus.

Ankstesnis moderniausias būdas tai padaryti buvo paviršiaus kodai, būdas sujungti kelis fizinius kubitus į tinklelį ir kai kuriuos iš jų naudoti kaip kontrolinius kubitus, kurie periodiškai „patikrina“ savo kaimynus, kad įsitikintų, jog nėra vidinių superpozicijos klaidų (nesutraukiant superpozicijos). Kiekvienos tinklelio tuščios vietos turi būti užpildytos kontroliniais kubitais.

Šis patikrinimo qubit reikalavimas sukuria papildomai pridėtinės išlaidos, kurios iš viso gali gauti beveik 1 000 fizinių kubitų vienam loginiam kubitui, o mastas blogėja, nes tikrinant kubitus galima patikrinti tik šalia jų esančius kubitus. Taigi kiekvienoje kubitų grupėje šaškės turi būti vienodais tarpais.

Kvantiniai mažo tankio pariteto tikrinimo (qLDPC) kodai pašalina šią kliūtį, leisdami tikrinimo kubitams patikrinti kitus kubitus dideliais atstumais (arba per pėdsakus, susipynusius, kad būtų galima susisiekti per lusto sekcijas, arba fiziškai perkeliant atomus, kaip naudojant neutralaus atomo dizainą). Tai leido 10 kartų sumažinti fizinių kubitų kiekį, reikalingą patikimam loginiam kubitui sukurti.

Tai nėra ko čiaudėti. Nors tai gali būti ne visiškai veikianti mašina, kuri daro pažangą siekdama didesnio efektyvumo, būtent medžiagų efektyvumo padidėjimas inžineriniuose procesuose yra visiškai funkcionalaus kvantinio kompiuterio gamybos pagrindas.

Pažanga įrodinėjant pagrindus

Antrasis yra susijęs su esminiu klausimu, susijusiu su tvirtinimu, kad pridėjus daugiau fizinių kubitų bendras triukšmas sistemoje sumažėja, o ne didėja. Tai iš tikrųjų šiuo metu tebėra teorija, ir jūs turite turėti omenyje, kad iki šios dienos niekada nebuvo visiškai funkcionalaus kvantinio kompiuterio, kuris iš galo iki galo atliktų skaičiavimus, kurių negalėtų atlikti klasikinis kompiuteris.

„Google“ atliko eksperimentą naudodama „Sycamore“ (o vėliau ir „Willow“) lustus, kad eksperimentiškai patikrintų fizinių kubitų pridėjimo poveikį. Kad būtų labai aišku, tai buvo ne skaičiavimų atlikimo demonstravimas, o tiesiog informacijos saugojimo atmintyje demonstravimas jai negendant.

Naudodami loginius kubitus, sudarytus iš 17 fizinių kubitų, 49 fizinių kubitų pluošto ir 101 fizinio kubito pluošto, jie parodė, kad didėjant fizinių kubitų skaičiui sumažėjo loginių klaidų lygis, duomenų sugadinimo dažnis. Šis testas įveikė kritinę ribą, kai iš nepriklausomų fizinių kubitų sukurtas loginis kubitas išlaikė nuoseklumą ilgiau nei bet kuris atskiras fizinis kubitas, iš kurio jis buvo sudarytas.

Vėlgi, tai nėra šuolis į visiškai funkcionalų kvantinį kompiuterį, atliekantį skaičiavimus, kurių klasikinės mašinos nesugeba. tačiau tai yra materiali pažanga, įrodanti vieną iš pagrindinių kvantinių kompiuterių prielaidų.

AI

Tai ne vieninteliai dalykai, kuriems randame geresnių sprendimų šioje probleminėje erdvėje. Dirbtinis intelektas tapo svarbiu šių sistemų komponentu. Jis naudojamas faktiniame informacijos skaitymo ir iškodavimo iš kvantinio kompiuterio procese, o tai yra didelė kliūtis norint iš tikrųjų ją panaudoti dideliu mastu.

Dirbtinis intelektas taip pat naudojamas kuriant naujus kvantinius algoritmus, optimizuotus tokio tipo mašinoms, ir atsižvelgiant į tai, kad pastaruoju metu dirbtinis intelektas padeda išspręsti (ar net paneigti esamas spėliones) pagrindines matematikos problemas, tai nėra toks beprotiškas šuolis, kad būtų galima apsvarstyti didelių DI proveržių galimybę.

Jie taip pat naudojami kuriant faktines fizines kvantines grandines, kurios yra sukurtos naudojant skirtingas architektūras. Tiesą sakant, tai labai sudėtinga problema, ieškant optimalaus būdo išdėstyti kvantinius vartus fizinėje erdvėje, kad būtų sumažintas triukšmas kvantiniame lygmenyje, nesukuriant tiek daug tuščios erdvės, kurią reikia išspręsti.

Tai veiksnys, galintis labai padidinti pažangą sprendžiant būtinas esmines problemas.

Perspektyva į priekį

Galiausiai, mano nuomone, tai susiję su vienu klausimu: ar prielaida, kad pridėjus daugiau fizinių kubitų sumažina triukšmą, iš tikrųjų galioja, kai kalbama apie skaičiavimus ir aktyvų kvantinės informacijos manipuliavimą.

Jei ši prielaida pasitvirtins ir artimiausiu metu nebus eksperimentiškai paneigta, manau, yra labai realus atvejis, kai per ateinančius dešimt metų bus sukurtas gyvybingas kvantinis kompiuteris.

Šiai problemai išmesti didžiuliai resursai, reikšminga (bet ne didžiulė) pažanga sprendžiant problemos dalis, ir jei iš esmės yra būdas ką nors padaryti, žmonės paprastai tai išsiaiškina.

Nesakau, kad laikas panikuoti, bet neatmeskite tokios galimybės.

Šis kūrinys pateikiamas naujausiame „Bitcoin Magazine“ spausdintiniame leidime „The Quantum Issue“. Dalinamės juo kaip ankstyvą viso numerio idėjų apžvalgą.