Die teuerste Technologie der Welt

Quantencomputer sind die teuerste Technologie der Welt. Es genügt, dass ihr Erfolg ein direkter Maßstab dafür ist, wie reich eine technologische Zivilisation ist.

Mit dem Reichtum an nutzbarer, CO2-neutralisierter Energie. (Wenn wir den Kohlenstoff jetzt nicht zählen, müssen wir ihn später trotzdem zählen).

Moores Gesetz wird für Quantencomputer nicht funktionieren

Diese Idee kam mir, nachdem ich einen Clip aus Lex Fridmans Podcast mit dem Quantenphysiker, angewandten Mathematiker und Unternehmer Guillaume Verdon gesehen hatte.

Um ehrlich zu sein, wurden klassische Computer erstmals in der Antike vor Christus erfunden. Aber aus praktischen Gründen erlangten sie erst mit der Erfindung des Transistors im Jahr 1947 in den Bell Labs weltweiten Durchbruch. Mit der Erfindung des Transistors entstand das Mooresche Gesetz.

„ Mooresches Gesetz ist die Beobachtung, dass sich die Anzahl der Transistoren in einem integrierten Schaltkreis (IC) etwa alle zwei Jahre verdoppelt “ – Wikipedia. Dieses Gesetz wurde 1965 von Gordon Moore aufgestellt und gilt seit 1975 bis heute.

Es ist tatsächlich ein Gesetz. Aber für klassische Computer.

Warum?

Ebenso wie künstliche Intelligenz ist ein klassischer Computer mit menschlichem Benutzer ein System, das versucht, wichtige Details entropischer Prozesse im Universum mit einem möglichst kleinen entropischen Modell zu kodieren.

Berechnen bedeutet, Zustände im Universum darzustellen (seien sie nun natürlich vorkommend oder in abstrakten mathematischen Welten oder wo auch immer vorkommend) und eine ihrer Prozessänderungen in einer Simulation auszuführen. Und je weniger Energie wir dafür verwenden können, desto besser.

Kleinere Transistoren verbrauchen weniger Energie und glücklicherweise hat das Mooresche Gesetz dazu geführt, dass diese grundlegenden Recheneinheiten, Transistoren, gegenüber dem klobigen Aufbau in Glühbirnengröße wie dem folgenden enorm schrumpfen.

Zu diesem stark vergrößerten Bild der 2-Nanometer-Chiptechnologie von IBM. Es sieht aus wie eine Röntgenaufnahme der Zahnformel eines seltsamen Tieres.

Jeder Transistor im obigen Bild hat ungefähr die Größe von 5 Atomen und die 50 Milliarden Transistoren im Chip passen auf einen Fingernagel.

All diese Miniaturisierung war möglich, weil wir auf der grundlegenden Ebene nicht viel Energie oder Material benötigten, um eine kleine Information darzustellen. Wir wussten es noch nicht, als Gordon Moore vor 49 Jahren sein Gesetz postulierte. Das tun wir jetzt.

Allerdings benötigen wir viel Energie und Materialien, um ein logisches Qubit an Informationen darzustellen. Und genau aus diesem Grund werden Quantencomputer nicht nach dem Mooreschen Gesetz skalieren.

Mit zunehmender Anzahl der von uns benötigten Qubits werden wahrscheinlich auch die benötigte Energie und damit die Kosten für die Durchführung dieser Quantenberechnungen steigen, um dem Wachstum des realen, CO2-neutralisierten BIP für den gesamten Planeten zu entsprechen.

Aber Qubits sind kalt. Was meinst du damit, dass sie viel Energie brauchen?

Theoretisch verbraucht eine Quantenberechnung weniger Energie als eine klassische Berechnung. Da die Energieänderungen reversibel sind, könnten wir theoretisch Quantenberechnungen mit Nullenergie durchführen!

Denn theoretisch wird die von uns zugeführte Energie niemals ausgegeben. Beispielsweise sieht das grundlegende logische Gatter in klassischen Berechnungen, NAND-Gatter genannt, wie folgt aus.

Sie können sehen, dass zwei Informationsbits, A und B, hineingehen, aber nur ein Informationsbit herausgeht.

Da Landauer zeigte , dass Information Energie ist, zeigt dies, dass klassische Computer Energie verschwenden.

Die Quantenversion des NAND-Gatters wird Tofolli-Gatter genannt und ist unten abgebildet.

3 Energieeinträge ergeben 3 Energieausgänge.

Keine Energieverschwendung.

Aber warten Sie, Sie benötigen 3 Qubit-Eingänge, während Sie im klassischen Fall nur 2 Bits benötigten. Wir sehen schon jetzt, dass wir mehr brauchen als sonst.

Die Simulation der Natur ist materiell und energetisch sehr aufwendig

Der Bedarf an mehr Energieimpulsen für unsere Eingaben ist bei der Verwendung von Quantencomputern nicht einmal ein Kratzer auf der Oberfläche unseres Energiehaushalts. Die Sache ist die: Wir simulieren die Natur mithilfe künstlicher Natur, die millionenfach größer ist als das, was wir simulieren.

Nehmen wir supraleitende Qubits. Während natürliche Qubits wie „sich drehende“ Elektronen extrem kleine Dinge sind, die klein genug sind, um in ihren Quantenzuständen die meisten kosmischen Strahlen zu überstehen, verhalten sich supraleitende Qubits wie künstliche, sich drehende Elektronen, die wir leicht kontrollieren können. Der Nachteil ist, dass Millionen kosmischer Strahlen sie sehr deutlich sehen. Und sie haben sie geschlagen.

Das ist nur eine Form von Außengeräuschen. Es kostet uns, und es wird uns auch weiterhin kosten.

Wir brauchen und werden weiterhin viel Energie brauchen, um energetischen Lärm wie kosmische Strahlung aus unseren Quantensystemen fernzuhalten.

Wie Herr Guillaume erklärt, besteht unser Trick darin, fehlerkorrigierende Codes von Codes von Codes von Codes des verrauschten Systems zu erstellen, was uns schließlich (im Durchschnitt) ein rauschfreies System ergibt. Dadurch wird das System jedoch größer und das Budget für die Abkühlung steigt.

Wärme ist die zweite Form von Außenlärm. Hätte das erste sein sollen, über das wir reden. Nehmen wir noch einmal die Analogie des sich drehenden Elektrons, das bequem in seiner Umlaufbahn sitzt: Infrarotsignale, die Wärme transportieren, stoßen das Elektron selten genug an, um seinen Spin zu unterbrechen.

Das Elektron ist elektrostatisch an den Kern gebunden, und wenn dieses Elektron die Umlaufbahn mit einem anderen Elektron teilt, sind die beiden im Wesentlichen miteinander verschränkt, und es ist wiederum schwieriger, sich um eine Verschiebung ihrer stabilen Konfigurationen zu kümmern.

Drittens leiden wir so stark unter den Energiekosten, weil es sehr viel Energie braucht, um mit unseren Messungen den Überblick über Quantenzustände zu behalten.

Die Natur führt keine Messungen durch, wir tun es. Damit ergänzen wir unsere Natursimulation um Informationen (ein Maß). Daher mehr Energie (erinnern Sie sich an Landauer).

Die Messung führt auch unnötige Energie in ein Quantensystem ein, die die Position und den Impuls unserer Teilchen nach dem Heisenbergschen Unschärfeprinzip beeinflusst. Es hilft auch nicht, dass die Zusammenführung der Wellenfunktion eines überlagerten Quantenzustands in einen von vielen Zuständen, wenn auch zufällig, uns genau keine Informationen über die verborgenen Variablen dieses Zustands liefert.

Das ist echte Zufälligkeit, nicht das, was klassische Computer nachahmen, nämlich Pseudozufälligkeit. Unsere klassischen Randomisierungsalgorithmen sind alle pseudozufällig.

Einstein beschwerte sich darüber .

Daher müssen wir normalerweise mehrere wiederholte Messungen durchführen, um die Wahrscheinlichkeitsverteilung unserer Quantenzustände herauszufinden, sei es, um zu lernen, wie wir sie verschieben oder Fehler abmildern können. Diese wiederholten Initialisierungen und Messungen werden „Shots“ genannt und normalerweise benötigen wir sie in Tausenden . Sie alle verbrauchen viel Energie. Daher Geld.

Wir brauchen ein größeres Budget

Hier ist ein Gesetz für dich,

„Wenn wir in den nächsten zwei Jahrzehnten alle zwei Jahre überprüfen, wird der Betrieb von Qubits für Berechnungen weiterhin teurer sein als der von Transistoren.“

Die Finanzierung steigt exponentiell, aber das Beste, was wir bisher dafür vorweisen können, sind 433 Qubits . Allerdings können wir es uns nicht leisten, langsamer zu werden, wir sind nah dran.

Vorerst wird der Fortschritt bei Quantencomputern weiter zunehmen, um die steigenden Mittel für die Quantenberechnung zu erreichen, allerdings ohne Gewinne, und die Gewinnschwelle wird nicht auf die gleiche Weise erreicht werden, wie die klassische Datenverarbeitung die Gewinnschwelle erreicht hat. Wissen Sie, mit einer Art Mooreschem Gesetz für Qubits.

Sicherlich gibt es Lernkurven, die uns von schlechten Qubits zu besseren Qubits führen, und diese Kurve senkt die Energiekosten und damit die Budgetbeschränkungen. Aber an der untersten Grenze wird uns die Durchführung perfekter Simulationen natürlicher Modelle viel Zeit kosten und niemals billiger sein als klassische Massenberechnungen.

Klassische Computer mögen Annäherungen an die Natur sein, aber sie zeigen uns, dass wir mit der Annäherung an die Natur sehr weit kommen können.

Da wir jedoch manchmal einen kritischen Blick auf die Realität werfen müssen, und sei es nur, um aus an ihre Grenzen stoßenden Näherungen auszubrechen, müssen wir dafür bezahlen können. Große Quantencomputersysteme wie LIGO kosten 1,1 Milliarden US-Dollar, aber es muss bezahlt werden, wenn man in den klaren Nachthimmel schauen und Gravitationswellen sehen möchte. Kein klassisches Rechensystem, egal wie clever es aufgebaut ist, wird in der Lage sein, alles zu kodieren, was in LIGO vor sich geht.

Die E/acc-Bewegung hat recht, die Menschheit muss auf der Leiter der Kardaschew-Skala nach weiteren Stufen streben. Wir müssen in der Lage sein, hundertmal mehr nutzbare, kohlenstofffreie Energie zu verbrauchen, als wir heute verbrauchen. Diese Energie ist es, die wirklich alles bezahlt, einschließlich Quantenberechnungen, und obwohl die Technologie möglicherweise nicht gut genug ist, um profitable Desktop-Quanten-PCs herzustellen, werden Quantencomputer uns hin und wieder einen Blick auf die Realität ermöglichen, den wir nicht erwartet haben. Eine Sichtweise, die unser Interesse an der Welt neu entfacht.

Helfen Sie daher, die Menschheit und ihre klassischen rechnerischen Approximatoren immer näher an wahre Größe zu bringen, als wenn wir nie die Kraft entdeckt hätten, die die Natur mit einem Quantencomputermodell simuliert.

Auch wenn es vielleicht die teuerste Technologie der Welt ist.

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PS >> Da die Durchführung von Quantenberechnungen so teuer ist, sind unsere Befürchtungen, dass futuristische Quantencomputer unsere E-Mails hacken, unbegründet. Social Hacking wird weiterhin eine kostengünstigere Möglichkeit sein, Ihre E-Mails zu hacken, Quantencomputer jedoch nicht so sehr. Und wenn Ihr Passwort PASSWORT lautet, geben Sie bitte nicht den Quantencomputern die Schuld.