地球上で最も高価なテクノロジー

量子コンピューターは地球上で最も高価なテクノロジーです。彼らの成功が、技術文明がどれほど豊かであるかを直接的に測るものである、と言えば十分です。

富は利用可能な炭素中和されたエネルギーで測定されます。 (炭素を今数えなくても、後で数えなければなりません)。

ムーアの法則は量子コンピューターには当てはまらない

このアイデアは、量子物理学者、応用数学者、起業家であるギヨーム・ヴェルドンとのレックス・フリッドマンのポッドキャストのクリップを見た後に思いつきました。

正直に言うと、古典的なコンピューターは紀元前の古代に初めて発明されました。しかし、実用的な目的としては、1947 年にベル研究所でトランジスタが発明されて、本格的に世界に登場しました。トランジスタの発明により、ムーアの法則が現れました。

「ムーアの法則は、集積回路 (IC) 内のトランジスタの数が約 2 年ごとに 2 倍になるという観察です。」 – Wikipediaこの法則は 1965 年にゴードン・ムーアによって提唱され、1975 年から現在まで正確です。

それはまさに法律です。ただし、古典的なコンピューターの場合です。

なぜ？

人工知能と同様に、人間のユーザーがいる古典的なコンピューターは、宇宙のエントロピー プロセスの重要な詳細をできるだけ小さなエントロピー モデルでエンコードしようとするシステムです。

計算するということは、宇宙の状態 (自然に発生するものでも、抽象的な数学の世界やその他の場所で発生するものでも) を表現し、そのプロセスの変更の 1 つをシミュレーションで実行することです。そして、これを行うために使用できるエネルギーは少ないほど良いのです。

トランジスタが小さいほど消費エネルギーが少なくなり、ありがたいことにムーアの法則により、これらの基本的な計算単位であるトランジスタは、以下のような電球サイズの不格好なセットアップから大幅に縮小されます。

IBM の 2 ナノメートル チップ テクノロジーの非常に拡大された画像。それは何か奇妙な動物の歯科用処方のX線写真のように見えます。

上の画像の各トランジスタはおよそ原子 5 個分の大きさで、チップ内の 500 億個のトランジスタは爪に収まるほどです。

基本的なレベルで、少しの情報を表現するのに多くのエネルギーや材料を必要としなかったため、このような小型化が可能になりました。ゴードン・ムーアが法則を仮定した49年前には、私たちはそれを知りませんでした。今はそうしています。

ただし、情報の論理量子ビットを表現するには、多くのエネルギーと材料が必要です。そしてまさにそれが、量子コンピューターがムーアの法則に従って拡張できない理由です。

必要な量子ビットの数が増加するにつれて、必要なエネルギー、つまりこれらの量子計算の実行コストは、地球全体のカーボンニュートラル化された実質 GDP の成長に匹敵するほど増加する可能性があります。

しかし、量子ビットはコールドです。彼らはたくさんのエネルギーを必要とするってどういう意味ですか？

理論的には、量子計算は古典的な計算よりも消費するエネルギーが少なくなります。エネルギー変化は可逆的であるため、理論的にはゼロエネルギーで量子計算を実行することができます。

なぜなら理論的には、私たちが入力したエネルギーは決して出力されないからです。たとえば、NAND ゲートと呼ばれる古典的な計算の基本的な論理ゲートは次のようになります。

A と B の 2 ビットの情報が入力されますが、出力されるのは 1 ビットの情報だけであることがわかります。

ランダウアーは情報がエネルギーであることを示したので、これは古典的なコンピューターがエネルギーの無駄であることを示しています。

NAND ゲートの量子バージョンは Tofolli ゲートと呼ばれ、以下に示されています。

3 つのエネルギー入力により 3 つのエネルギー出力が得られます。

エネルギーを無駄にすることはありません。

しかし、待ってください。古典的なケースでは 2 ビットしか必要ありませんでしたが、3 量子ビット入力が必要です。すでに、通常よりも多くのものが必要であることがわかります。

自然をシミュレートすることは、物質的にもエネルギー的にも非常に高価です

量子コンピューターを使用する場合、入力にさらに多くのエネルギー パルスが必要になることは、エネルギー バジェットの表面にはかすり傷にも当たりません。問題は、私たちがシミュレートしているものの何百万倍も大きい人工自然を使用して自然をシミュレートしているということです。

超伝導量子ビットを考えてみましょう。 「回転する」電子のような自然の量子ビットは、ほとんどの宇宙線の影響を受けても量子状態を維持できるほど小さい非常に小さなものですが、超伝導量子ビットは、私たちが簡単に制御できる人工の回転電子のように動作します。欠点は、何百万もの宇宙線が非常にはっきりと見えることです。そして彼らは彼らを殴りました。

それは外部ノイズの一形態にすぎません。それは私たちに負担を与えますし、これからも負担はかかり続けるでしょう。

私たちは量子システムから宇宙線のような高エネルギーノイズを遮断するために多量のエネルギーを必要とし、これからも必要とします。

Guillaume 氏が説明するように、私たちの秘訣は、ノイズの多いシステムのコードのコードのコードのコードのエラーを修正するコードを構築することです。これにより、最終的に (平均的な場合) ノイズのないシステムが得られます。しかし、これによりシステムが大きくなり、冷却のための予算が大きくなります。

熱は外部ノイズの 2 番目の形式です。それは私たちが最初に話すべきものでした。回転する電子を再び例えると、その軌道上に快適に座っていれば、熱を運ぶ赤外線信号が電子の回転を妨げるほど電子に衝突することはほとんどありません。

電子は原子核に静電的に結合しており、その電子が別の電子と軌道を共有している場合、2 つは本質的にもつれており、安定した配置のスピンアウトに悩まされることはさらに困難になります。

第三に、なぜ私たちがエネルギーコストでこれほど苦しんでいるのかというと、測定によって量子の状態を追跡するには非常に膨大な量のエネルギーが必要だからです。

自然は測定を行いませんが、私たちは測定を行います。このようにして、私たちは自然のシミュレーションに情報 (測定値) を追加しています。したがって、より多くのエネルギーが得られます（ランダウアーを思い出してください）。

また、測定は、ハイゼンベルクの不確定性原理に従って、粒子の位置と運動量に影響を与える不必要なエネルギーを量子系に導入します。また、重ね合わせた量子状態の波動関数を多くの状態のうちの 1 つに折りたたむと、たとえランダムとはいえ、その状態の隠れた変数に関する情報がまったく得られないことも役に立ちません。

これは真のランダム性であり、古典的なコンピュータが模倣する擬似ランダム性ではありません。私たちの古典的なランダム化アルゴリズムはすべて擬似ランダムです。

アインシュタインはこれについて不満を言いました。

したがって、通常、量子状態の確率分布を把握するには、量子状態を微調整する方法を学ぶためでも、エラーを軽減するためでも、複数の繰り返し測定を行う必要があります。これらの繰り返しの初期化と測定は「ショット」と呼ばれ、通常は数千回の測定が必要です。 。それらはどれも多くのエネルギーを消費します。したがってお金です。

もっと大きな予算が必要です

ここにあなたのための法律があります、

「今後 20 年間、2 年ごとに検査すると、量子ビットはトランジスタよりも計算コストが高くなり続けるでしょう。」

資金は飛躍的に増えていますが、これまでのところ私たちが示すことができる最高の量子ビットは433 量子ビットです。しかし、我々はペースを緩めるわけにはいかない、もうすぐそこまで来ている。

今のところ、量子コンピュータの進歩は、量子コンピュータへの資金調達の増加に匹敵するほど成長を続けるだろうが、利益はゼロであり、古典的コンピュータが損益分岐点になったのと同じように損益分岐点にはならないだろう。ご存知のとおり、量子ビットに関するある種のムーアの法則があります。

確かに、劣悪な量子ビットからより優れた量子ビットに移行する学習曲線があり、この曲線によりエネルギーコストが削減され、したがって予算上の制約が軽減されます。しかし、最低でも、自然モデルの完璧なシミュレーションを実行するには多大な時間がかかり、古典的な計算を一括して行うよりも決して安くはなりません。

古典的なコンピューターは自然に近似したものかもしれませんが、自然に近似することで非常に遠くまで到達できることを示しています。

しかし、限界に達しつつある近似値から抜け出すためだけに、時には現実を批判的に見る必要があるため、その対価を支払うことができる必要があります。 LIGO のような大規模な量子計算システムには 11 億ドルの費用がかかりますが、澄んだ夜空を見て重力波を見たい場合は支払わなければなりません。従来の計算システムは、どんなに巧妙に構築されたとしても、LIGO で起こっているすべてをエンコードすることはできません。

E/acc運動は正しく、人類はカルダシェフスケールのはしごをさらに上る必要がある。私たちは、今日使用しているエネルギーの何百倍も利用可能なカーボンフリーのエネルギーを消費できる必要があります。このエネルギーは、量子コンピューティングを含むあらゆるものに真の対価をもたらすものであり、このテクノロジーは収益性の高いデスクトップ量子 PC を作るには十分ではないかもしれませんが、量子コンピューターは、私たちが予期していなかった現実の視点を、時折、私たちに与えてくれるでしょう。世界に対する私たちの興味を再燃させる景色。

したがって、量子計算モデルで自然をシミュレートする力を発見しなかった場合よりも、人類とその古典的な計算近似器を真の偉大さにさらに近づけるのに役立ちます。

たとえそれが地球上で最も高価なテクノロジーであっても。

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PS >> 量子計算の実行には非常にコストがかかるため、未来の量子コンピューターが私たちの電子メールをハッキングするのではないかという私たちの懸念には根拠がありません。ソーシャルハッキングは、電子メールや量子コンピューターをハッキングするためのより安価な方法のままであり、それほど多くはありません。また、パスワードが PASSWORD の場合は、量子コンピューターを責めないでください。