Dünyanın En Pahalı Teknolojisi

Kuantum Bilgisayarları dünyadaki en pahalı teknolojidir. Başarılarının teknolojik uygarlığın ne kadar zengin olduğunun doğrudan bir ölçüsü olduğunu söylemekle yetiniyorum.

Kullanılabilir, karbon nötrleştirilmiş enerjiyle ölçülen zenginliklerle. (Karbonu şimdi saymazsak daha sonra saymamız gerekecek).

Moore yasası kuantum bilgisayarlarda işe yaramayacak

Bu fikir bana Lex Fridman'ın kuantum fizikçisi, uygulamalı matematikçi ve girişimci Guillaume Verdon ile yaptığı podcast'ten bir klip izledikten sonra geldi.

Dürüst olmak gerekirse, klasik bilgisayarlar ilk kez milattan önce eski zamanlarda icat edildi. Ancak pratik amaçlar açısından, 1947'de Bell Laboratuvarlarında transistörün icadıyla gerçek anlamda küresel sahneye çıktılar. Transistörün icadıyla Moore Yasası ortaya çıktı.

“ Moore yasası, bir entegre devredeki (IC) transistör sayısının yaklaşık her iki yılda bir ikiye katlandığı gözlemidir ” – Wikipedia. Bu yasa 1965 yılında Gordon Moore tarafından ortaya atılmıştır ve 1975'ten bu yana geçerliliğini korumaktadır.

Bu bir kanundur aslında. Ancak klasik bilgisayarlar için.

Neden?

Tıpkı yapay zeka gibi, insan kullanıcısı olan klasik bir bilgisayar, evrendeki entropik süreçlerin önemli detaylarını mümkün olduğu kadar küçük bir entropik modelle kodlamaya çalışan bir sistemdir.

Hesaplamak, evrendeki durumları (doğal olarak meydana gelen veya soyut matematik dünyalarında veya herhangi bir yerde meydana gelen) temsil etmek ve süreç değişikliklerinden birini bir simülasyonda çalıştırmaktır. Bunu yapmak için ne kadar az enerji kullanabilirsek o kadar iyidir.

Daha küçük transistörler daha az enerji kullanır ve şükürler olsun ki Moore yasası, bu temel hesaplama birimlerinin, transistörlerin, aşağıdaki gibi ampul boyutundaki hantal düzeneklerden muazzam ölçüde küçüldüğünü gördü.

IBM'in 2 nanometrelik çip teknolojisinin oldukça büyütülmüş bu görüntüsüne. Tuhaf bir hayvanın diş formülünün röntgenine benziyor.

Yukarıdaki görüntüdeki her bir transistör kabaca 5 atom boyutundadır ve çipteki 50 milyar transistör bir tırnağa sığabilir.

Tüm bu minyatürleştirme mümkün oldu çünkü temel düzeyde bir miktar bilgiyi temsil etmek için çok fazla enerjiye veya malzemeye ihtiyacımız yoktu. 49 yıl önce Gordon Moore yasasını öne sürdüğünde bunu bilmiyorduk. Şimdi yapıyoruz.

Ancak mantıksal bir bilgi kübitini temsil etmek için çok fazla enerjiye ve malzemeye ihtiyacımız var. Kuantum bilgisayarların Moore yasasına göre ölçeklenemeyecek olmasının nedeni tam olarak budur.

İhtiyacımız olan kübit sayısı arttıkça, ihtiyaç duyulan enerji ve dolayısıyla bu kuantum hesaplamalarını yürütmenin maliyeti, tüm gezegenin gerçek, karbon nötrleştirilmiş GSYİH büyümesine uyacak şekilde muhtemelen artacaktır.

Ancak kübitler soğuktur. Ne demek çok fazla enerjiye ihtiyaçları var?

Teorik olarak kuantum hesaplaması klasik hesaplamaya göre daha az enerji tüketir. Enerji değişiklikleri geri dönüşümlü olduğundan, teorik olarak kuantum hesaplamalarını sıfır enerjide çalıştırabiliriz!

Çünkü teorik olarak hala girdiğimiz enerji hiçbir zaman çıkış olmuyor. Örneğin klasik hesaplamalardaki NAND kapısı adı verilen temel mantıksal kapı aşağıdaki gibi görünür.

A ve B olmak üzere 2 bitlik bilginin içeri girdiğini, ancak yalnızca bir bitlik bilginin dışarı çıktığını görebilirsiniz.

Landauer bilginin enerji olduğunu gösterdiğine göre, bu klasik bilgisayarların enerji israfı olduğunu gösteriyor.

NAND kapısının kuantum versiyonuna Tofolli kapısı denir ve aşağıda görülmektedir.

3 giriş enerji, 3 çıkış enerji verir.

Enerji israfı yok.

Ama durun, 3 kübit girişe ihtiyacınız var, klasik durumda ise yalnızca 2 bit'e ihtiyacınız vardı. Şimdiden her zamankinden daha fazlasına ihtiyacımız olduğunu görebiliyoruz.

Doğayı simüle etmek maddi ve enerji açısından çok pahalıdır

Girdilerimiz için daha fazla enerji darbesine ihtiyaç duymak, kuantum bilgisayarları kullanırken enerji bütçemizin yüzeyinde bir çizik bile değil. Mesele şu ki, simüle ettiğimizden milyonlarca kat daha büyük yapay doğayı kullanarak doğayı simüle ediyoruz.

Süper iletken kübitleri ele alalım. "Dönen" elektronlar gibi doğal kübitler, çoğu kozmik ışının çarpmasına karşı kuantum durumlarında hayatta kalabilecek kadar küçük şeyler olsa da süper iletken kübitler, kolayca kontrol edebildiğimiz yapay dönen elektronlar gibi davranır. Dezavantajı ise milyonlarca kozmik ışının onları çok net bir şekilde görebilmesidir. Ve onlara vurdular.

Bu, dış gürültünün yalnızca bir biçimidir. Bu bize pahalıya mal oluyor ve olmaya da devam edecek.

Kozmik ışınlar gibi enerjik gürültüleri kuantum sistemlerimizden uzak tutmak için çok fazla enerjiye ihtiyacımız var ve ihtiyaç duymaya devam edeceğiz.

Bay Guillaume'un açıkladığı gibi, elimizdeki numara, gürültülü sistemin kod kodlarının hata düzeltici kodlarını oluşturmaktır, bu da bize eninde sonunda gürültüsüz bir sistem sağlar (ortalama durumda). Ancak bu, sistemi daha büyük hale getirir, dolayısıyla soğutma için daha büyük bir bütçe ayrılır.

Isı, dış gürültünün ikinci şeklidir. İlk konuştuğumuz kişi o olmalıydı. Tekrar yörüngesinde rahatça oturan dönen elektron benzetmesini alırsak, ısı taşıyan kızılötesi sinyaller nadiren elektronun dönüşünü kesintiye uğratacak kadar çarpar.

Elektron çekirdeğe elektrostatik olarak bağlıdır ve eğer bu elektron yörüngeyi başka bir elektronla paylaşıyorsa, ikisi esasen dolaşmış durumdadır ve yine kararlı konfigürasyonlarının bozulmasıyla uğraşmak daha zordur.

Üçüncüsü, enerji maliyetlerinde bu kadar sıkıntı çekmemizin nedeni, ölçümlerimizle kuantum durumlarını takip etmenin çok büyük miktarda enerji gerektirmesidir.

Doğa ölçüm yapmaz, biz yaparız. Böylece doğa simülasyonumuza bilgi (bir ölçüm) ekliyoruz. Dolayısıyla daha fazla enerji (Landauer'i hatırlayın).

Ölçüm aynı zamanda Heisenberg'in belirsizlik ilkesine göre parçacıklarımızın konumunu ve momentumunu etkileyen gereksiz enerjiyi kuantum sistemine sokar. Ayrıca, üst üste bindirilmiş bir kuantum durumunun dalga fonksiyonunu birçok durumdan 1'ine daraltmanın, rastgele de olsa, bize o durumun gizli değişkenleri hakkında tam olarak sıfır bilgi vermesine de yardımcı olmuyor.

Bu gerçek rastgeleliktir, klasik bilgisayarların taklit ettiği sözde rastgelelik değil. Klasik rastgeleleştirme algoritmalarımızın tümü sözde rastgeledir.

Einstein bundan şikayetçiydi .

Bu nedenle, kuantum durumlarımızın olasılık dağılımını anlamak için, ister onları nasıl iteceğimizi, ister hataları nasıl azaltacağımızı öğrenmek için genellikle birden fazla tekrarlanan ölçüm yapmamız gerekir. Bu tekrarlanan başlatma artı ölçümlere "çekimler" denir ve normalde bunlara binlerce olarak ihtiyacımız vardır. . Hepsi çok fazla enerji tüketiyor. Dolayısıyla para.

Daha büyük bir bütçeye ihtiyacımız var

İşte size bir yasa,

“Önümüzdeki 20 yıl boyunca her 2 yılda bir kontrol edersek, kübitlerin hesaplama için çalıştırılması transistörlerden daha pahalı olmaya devam edecek”

Finansman katlanarak artıyor ancak şu ana kadar gösterebildiğimiz en iyi rakam 433 kübit . Ancak yavaşlamayı göze alamayız, yaklaştık.

Şimdilik, kuantum bilgisayarlarındaki ilerleme, kuantum hesaplamaya artan finansmanı karşılamak için büyümeye devam edecek, ancak sıfır kârla ve klasik hesaplamanın başa baş olduğu gibi başa baş olmayacak. Biliyorsunuz, kübitler için bir çeşit Moore yasası var.

Elbette bizi zayıf kübitlerden daha iyi kübitlere götüren öğrenme eğrileri var ve bu eğri enerji maliyetlerini dolayısıyla bütçe kısıtlamalarını azaltıyor. Ancak en düşük limitte, doğal modellerin mükemmel simülasyonlarını çalıştırmak bize çok zaman kaybettirecek ve toplu halde klasik hesaplamadan asla daha ucuz olmayacak.

Klasik bilgisayarlar doğanın yaklaşık değerleri olabilir, ancak bize doğaya yakınlaşma konusunda çok ileri gidebileceğimizi gösteriyorlar.

Bununla birlikte, bazen sadece sınırlarına ulaşan yaklaşımların dışına çıkmak için bile olsa gerçekliğe eleştirel bir bakış atmamız gerektiğinden, o zaman bunun bedelini ödeyebilmemiz gerekir. LIGO gibi büyük kuantum hesaplama sistemleri 1,1 milyar dolara mal oluyor ancak açık gece gökyüzüne bakıp yerçekimi dalgalarını görmek istiyorsanız bunun ödenmesi gerekiyor. Hiçbir klasik hesaplama sistemi, ne kadar akıllıca oluşturulmuş olursa olsun, LIGO'da olup biten her şeyi kodlayamaz.

E/acc hareketi doğru, insanlığın Kardashev ölçeğinin daha üst basamaklarına ulaşması gerekiyor. Bugün kullandığımızdan yüzlerce kat daha fazla kullanılabilir, karbonsuz enerji tüketebilmemiz gerekiyor. Bu enerji, kuantum hesaplamaları dahil her şeyin karşılığını veren şeydir ve teknoloji, karlı masaüstü kuantum bilgisayarlar yapmak için yeterince iyi olmasa da, kuantum bilgisayarlar, arada bir, bize beklemediğimiz bir gerçeklik görüntüsü verecektir. Dünyaya olan ilgimizi yeniden ateşleyen bir görüş.

Bu nedenle, insanlığı ve onun klasik hesaplamalı yaklaşımcılarını, doğayı kuantum hesaplamalı bir modelle simüle eden gücü hiç keşfetmemiş olsaydık, daha gerçek büyüklüğe daha da yaklaştırmaya yardımcı olun.

Her ne kadar dünyadaki en pahalı teknoloji olsa da.

***

Not >> Kuantum hesaplamaları yürütmek çok pahalı olduğundan, fütüristik kuantum bilgisayarların e-postalarımızı hackleyeceğine dair korkularımız yersiz. Sosyal hackleme, e-postanızı, kuantum bilgisayarlarınızı hacklemenin daha ucuz bir yolu olmaya devam edecek, o kadar da değil. Ve eğer şifreniz PASSWORD ise lütfen kuantum bilgisayarları suçlamayın.