Самая дорогая технология на Земле

Квантовые компьютеры — самая дорогая технология на Земле. Достаточно того, что их успех является прямым показателем того, насколько богата технологическая цивилизация.

Богатство измеряется полезной энергией с нейтрализацией выбросов углекислого газа. (Если мы не посчитаем углерод сейчас, нам все равно придется считать его позже).

Закон Мура не будет работать для квантовых компьютеров

Эта идея пришла ко мне после просмотра ролика из подкаста Лекса Фридмана с квантовым физиком, прикладным математиком и предпринимателем — Гийомом Вердоном.

Честно говоря, классические компьютеры были впервые изобретены в древние времена, до Рождества Христова. Но для практических целей они действительно вышли на глобальную арену с изобретением транзистора в 1947 году в Bell Labs. С изобретением транзистора появился закон Мура.

« Закон Мура — это наблюдение, согласно которому количество транзисторов в интегральной схеме (ИС) удваивается примерно каждые два года » — Википедия. Этот закон был сформулирован Гордоном Муром в 1965 году и действует с 1975 года по настоящее время.

Это действительно закон. Но для классических компьютеров.

Почему?

Как и искусственный интеллект, классический компьютер с пользователем-человеком представляет собой систему, пытающуюся закодировать ключевые детали энтропийных процессов во Вселенной с помощью как можно меньшей энтропийной модели.

Вычислять — значит представлять состояния во Вселенной (будь то естественно возникающие или возникающие в абстрактных математических мирах или где-то еще) и запускать одно из изменений их процессов в симуляции. И чем меньше энергии мы можем использовать для этого, тем лучше.

Транзисторы меньшего размера потребляют меньше энергии, и, к счастью, закон Мура привел к тому, что эти базовые вычислительные единицы, транзисторы, значительно уменьшились по сравнению с неуклюжей установкой размером с лампочку, такой как показанная ниже.

К этому сильно увеличенному изображению 2-нанометровой технологии чипов IBM. Это похоже на рентгеновский снимок зубной формулы какого-то странного животного.

Каждый транзистор на изображении выше имеет размер примерно 5 атомов, а 50 миллиардов транзисторов в чипе могут поместиться на ногте.

Вся эта миниатюризация стала возможной, потому что нам не нужно было много энергии или материала для представления небольшого количества информации на фундаментальном уровне. Мы не знали этого 49 лет назад, когда Гордон Мур постулировал свой закон. Мы делаем сейчас.

Однако нам нужно много энергии и материалов, чтобы представить логический кубит информации. И именно поэтому квантовые компьютеры не масштабируются по закону Мура.

По мере того, как количество необходимых нам кубитов увеличивается, необходимая энергия, а значит, и стоимость проведения этих квантовых вычислений, вероятно, будет увеличиваться, чтобы соответствовать росту реального, нейтрализованного углеродом ВВП для всей планеты.

Но кубиты холодные. Что значит, им нужно много энергии?

Теоретически квантовые вычисления потребляют меньше энергии, чем классические вычисления. Поскольку изменения энергии обратимы, теоретически мы могли бы проводить квантовые вычисления при нулевой энергии!

Потому что теоретически любая энергия, которую мы вкладываем, никогда не выводится. Например, фундаментальный логический вентиль в классических вычислениях, называемый вентилем И-НЕ, выглядит так, как показано ниже.

Вы можете видеть, что два бита информации, A и B, входят, но выходит только один бит информации.

Поскольку Ландауэр показал , что информация — это энергия, это показывает, что классические компьютеры расточительно тратят энергию.

Квантовая версия вентиля И-НЕ называется вентилем Тофолли и показана ниже.

3 входа энергии дают 3 выхода энергии.

Никакой траты энергии.

Но подождите, вам нужно 3 входных кубита, тогда как в классическом случае вам нужно только 2 бита. Мы уже видим, что нам нужно больше, чем обычно.

Имитация природы материально и энергетически очень затратна.

Потребность в большем количестве энергетических импульсов для наших входов — это даже не царапина на поверхности нашего энергетического бюджета при использовании квантовых компьютеров. Дело в том, что мы моделируем природу, используя искусственную природу, в миллионы раз большую, чем то, что мы моделируем.

Возьмем сверхпроводящие кубиты. В то время как естественные кубиты, такие как «вращающиеся» электроны, являются чрезвычайно маленькими объектами, достаточно маленькими, чтобы выжить в своих квантовых состояниях от воздействия большинства космических лучей, сверхпроводящие кубиты ведут себя как искусственные вращающиеся электроны, которыми мы можем легко управлять. Обратной стороной является то, что миллионы космических лучей видят их очень четко. И они ударили их.

Это всего лишь одна из форм внешнего шума. Это обходится нам дорого и будет продолжать стоить нам.

Нам нужно и будет требоваться много энергии, чтобы не допустить попадания энергетического шума, такого как космические лучи, в наши квантовые системы.

Как объясняет г-н Гийом, наша хитрость состоит в том, чтобы построить исправляющие ошибки коды кодов кодов зашумленной системы, что в конечном итоге дает нам бесшумную систему (в среднем случае). Но это делает систему больше, а значит, и больший бюджет на охлаждение.

Тепло — это вторая форма внешнего шума. Должно быть, это было первое, о чем мы говорим. Если снова провести аналогию с вращающимся электроном, удобно расположившимся на своей орбите, то инфракрасные сигналы, несущие тепло, редко ударяют электрон настолько, чтобы прервать его вращение.

Электрон электростатически связан с ядром, и если этот электрон делит орбиту с другим электроном, они по существу запутаны, и, опять же, труднее беспокоиться о раскручивании их стабильных конфигураций.

В-третьих, почему мы так сильно страдаем от энергетических затрат, заключается в том, что для отслеживания квантовых состояний с помощью наших измерений требуется очень огромное количество энергии.

Не природа делает измерения, это делаем мы. Таким образом, мы добавляем информацию (измерение) к нашему моделированию природы. Следовательно, больше энергии (вспомним Ландауэра).

Измерения также привносят ненужную энергию в квантовую систему, что влияет на положение и импульс наших частиц в духе принципа неопределенности Гейзенберга. Не помогает и то, что схлопывание волновой функции суперпозитивного квантового состояния в одно из многих состояний, хотя и случайное, дает нам ровно нулевую информацию о скрытых переменных этого состояния.

Это настоящая случайность, а не то, что имитируют классические компьютеры, то есть псевдослучайность. Все наши классические алгоритмы рандомизации являются псевдослучайными.

Эйнштейн жаловался на это .

Поэтому нам обычно приходится проводить несколько повторных измерений, чтобы выяснить распределение вероятностей наших квантовых состояний, будь то для того, чтобы научиться подталкивать их или уменьшать ошибки. Эти повторяющиеся инициализации плюс измерения называются «выстрелами», и обычно они нужны нам в тысячах. . Все они потребляют много энергии. Отсюда деньги.

Нам нужен больший бюджет

Вот вам закон,

«Если мы будем проверять каждые два года в течение следующих двух десятилетий, использование кубитов для вычислений будет дороже, чем транзисторов».

Финансирование растет в геометрической прогрессии, но лучшее, что мы можем показать на данный момент, — это 433 кубита . Однако мы не можем позволить себе медлить, мы уже близко.

На данный момент прогресс в области квантовых компьютеров будет продолжать расти, чтобы соответствовать растущему финансированию квантовых вычислений, но с нулевой прибылью, и он не достигнет уровня безубыточности, как достигли уровня безубыточности классических вычислений. Знаете, с каким-то законом Мура для кубитов.

Конечно, существуют кривые обучения, которые ведут нас от плохих кубитов к лучшим кубитам, и эта кривая снижает затраты на энергию, а значит, и бюджетные ограничения. Но на самом низком уровне выполнение идеального моделирования естественных моделей будет стоить нам больших затрат времени и никогда не будет дешевле, чем массовые классические вычисления.

Классические компьютеры могут быть приближением к природе, но они показывают нам, что мы можем зайти очень далеко в приближении к природе.

Однако, поскольку нам иногда необходимо критически смотреть на реальность, хотя бы для того, чтобы выйти за рамки приближений, достигающих своего предела, то мы должны быть в состоянии заплатить за это. Большие квантовые вычислительные системы, такие как LIGO, стоят 1,1 миллиарда долларов, но их придется заплатить, если вы хотите посмотреть на чистое ночное небо и увидеть гравитационные волны. Никакие классические вычислительные системы, какими бы умными они ни были построены, не смогут закодировать все, что происходит в LIGO.

Движение E/acc правильно: человечеству необходимо подняться на новые ступени лестницы Кардашева. Нам необходимо иметь возможность потреблять в сотни раз больше полезной, безуглеродной энергии, чем мы используем сегодня. Эта энергия — это то, что действительно платит за все, включая квантовые вычисления, и хотя технология может быть недостаточно хороша для создания прибыльных настольных квантовых ПК, квантовые компьютеры время от времени будут давать нам представление о реальности, которого мы не ожидали. Взгляд, который вновь разжигает наш интерес к миру.

Следовательно, помогите подтолкнуть человечество и его классические вычислительные аппроксиматоры еще ближе к истинному величию, чем если бы мы никогда не открыли силу, моделирующую природу с помощью квантовой вычислительной модели.

Даже несмотря на то, что это может быть самая дорогая технология на земле.

***

PS >> Поскольку проведение квантовых вычислений обходится очень дорого, наши опасения, что футуристические квантовые компьютеры взломают нашу электронную почту, необоснованны. Взлом социальных сетей останется более дешевым способом взлома вашей электронной почты, а вот квантовые компьютеры — не очень. И если ваш пароль ПАРОЛЬ, пожалуйста, не вините квантовые компьютеры.