Công nghệ đắt nhất trên trái đất

Máy tính lượng tử là công nghệ đắt nhất trên Trái đất. Tôi đủ hiểu rằng thành công của họ là thước đo trực tiếp cho thấy nền văn minh công nghệ phong phú đến mức nào.

Với sự giàu có được đo bằng năng lượng trung hòa carbon có thể sử dụng được. (Nếu bây giờ chúng ta không tính lượng carbon thì sau này chúng ta vẫn phải tính lượng carbon).

Định luật Moore sẽ không áp dụng được cho máy tính lượng tử

Ý tưởng này đến với tôi sau khi xem một đoạn clip từ podcast của Lex Fridman với nhà vật lý lượng tử, nhà toán học ứng dụng và doanh nhân - Guillaume Verdon.

Thành thật mà nói, máy tính cổ điển được phát minh lần đầu tiên vào thời cổ đại trước Chúa Kitô. Nhưng vì những mục đích thực tế, chúng thực sự nổi lên trên toàn cầu với việc phát minh ra bóng bán dẫn vào năm 1947 tại Bell Labs. Với việc phát minh ra bóng bán dẫn đã xuất hiện định luật Moore.

“ Định luật Moore là sự quan sát thấy rằng số lượng bóng bán dẫn trong một mạch tích hợp (IC) sẽ tăng gấp đôi sau mỗi hai năm ” – Wikipedia. Định luật này được Gordon Moore đưa ra vào năm 1965 và có giá trị chính xác từ năm 1975 cho đến nay.

Đó thực sự là một luật. Nhưng đối với máy tính cổ điển.

Tại sao?

Cũng giống như trí tuệ nhân tạo, máy tính cổ điển có người dùng là một hệ thống cố gắng mã hóa các chi tiết chính của các quá trình entropic trong vũ trụ bằng mô hình entropic càng nhỏ càng tốt.

Tính toán là biểu diễn các trạng thái trong vũ trụ (chúng xuất hiện tự nhiên hoặc xảy ra trong thế giới toán học trừu tượng hoặc ở bất kỳ đâu) và thực hiện một trong những thay đổi quy trình của chúng trong một mô phỏng. Chúng ta càng sử dụng ít năng lượng để thực hiện việc này thì càng tốt.

Các bóng bán dẫn nhỏ hơn sử dụng ít năng lượng hơn và may mắn thay, định luật Moore đã cho thấy các đơn vị tính toán cơ bản này, các bóng bán dẫn, thu nhỏ lại rất nhiều so với thiết kế cồng kềnh có kích thước bằng bóng đèn như hình dưới đây.

Hình ảnh phóng đại cao về công nghệ chip 2 nanomet của IBM. Nó trông giống như một bản chụp X-quang của công thức nha khoa của một loài động vật kỳ lạ nào đó.

Mỗi bóng bán dẫn trong hình trên có kích thước gần bằng 5 nguyên tử và 50 tỷ bóng bán dẫn trong chip có thể vừa với một móng tay.

Tất cả sự thu nhỏ này có thể thực hiện được vì chúng tôi không cần nhiều năng lượng hoặc vật liệu để thể hiện một chút thông tin ở cấp độ cơ bản. Chúng ta đã không biết điều đó 49 năm trước khi Gordon Moore đưa ra định luật của mình. Chúng tôi làm ngay bây giờ.

Tuy nhiên, chúng ta cần rất nhiều năng lượng và vật liệu để thể hiện một qubit thông tin hợp lý. Và đó chính xác là lý do tại sao máy tính lượng tử sẽ không mở rộng quy mô theo định luật Moore.

Khi số lượng qubit chúng ta cần tăng lên, năng lượng cần thiết do đó chi phí chạy các tính toán lượng tử này có thể sẽ tăng lên để phù hợp với tốc độ tăng trưởng của GDP thực tế, trung hòa carbon cho toàn hành tinh.

Nhưng qubit thì lạnh lùng. Ý bạn là họ cần nhiều năng lượng?

Về mặt lý thuyết, tính toán lượng tử tiêu thụ ít năng lượng hơn so với tính toán cổ điển. Vì sự thay đổi năng lượng là thuận nghịch nên về mặt lý thuyết chúng ta có thể chạy các phép tính lượng tử với năng lượng bằng không!

Bởi vì về mặt lý thuyết vẫn vậy, bất kỳ năng lượng nào chúng ta đưa vào sẽ không bao giờ được tạo ra. Ví dụ, cổng logic cơ bản trong tính toán cổ điển, được gọi là cổng NAND, trông như dưới đây.

Bạn có thể thấy rằng có 2 bit thông tin A và B đi vào nhưng chỉ có một bit thông tin đi ra.

Vì Landauer đã chỉ ra rằng thông tin là năng lượng, điều này cho thấy máy tính cổ điển đang lãng phí năng lượng.

Phiên bản lượng tử của cổng NAND được gọi là cổng Tofolli và được hiển thị bên dưới.

3 năng lượng đầu vào để tạo ra 3 năng lượng đầu ra.

Không lãng phí năng lượng.

Nhưng chờ đã, bạn cần 3 đầu vào qubit trong khi ở trường hợp cổ điển, bạn chỉ cần 2 bit. Hiện tại, chúng ta có thể thấy mình cần nhiều hơn bình thường.

Mô phỏng thiên nhiên rất tốn kém về mặt vật chất và năng lượng

Việc cần nhiều xung năng lượng hơn cho đầu vào của chúng ta thậm chí không phải là một vết xước trên bề mặt ngân sách năng lượng của chúng ta khi sử dụng máy tính lượng tử. Vấn đề là chúng ta đang mô phỏng thiên nhiên bằng cách sử dụng thiên nhiên nhân tạo, lớn hơn hàng triệu lần so với những gì chúng ta đang mô phỏng.

Lấy qubit siêu dẫn. Trong khi các qubit tự nhiên như các electron “quay” là những thứ cực kỳ nhỏ, đủ nhỏ để tồn tại ở trạng thái lượng tử của chúng khỏi bị hầu hết các tia vũ trụ tấn công, thì các qubit siêu dẫn hoạt động giống như các electron quay nhân tạo mà chúng ta có thể dễ dàng kiểm soát. Nhược điểm là hàng triệu tia vũ trụ nhìn thấy chúng rất rõ ràng. Và họ đánh họ.

Đó chỉ là một dạng tiếng ồn bên ngoài. Nó khiến chúng ta phải trả giá và nó sẽ tiếp tục khiến chúng ta phải trả giá.

Chúng ta cần và sẽ tiếp tục cần rất nhiều năng lượng để loại bỏ những nhiễu năng lượng như tia vũ trụ ra khỏi hệ lượng tử của chúng ta.

Như ông Guillaume giải thích, mẹo nhỏ của chúng tôi là xây dựng các mã sửa lỗi của mã của hệ thống nhiễu, cuối cùng mang lại cho chúng tôi một hệ thống ít nhiễu hơn (trong trường hợp trung bình). Nhưng điều này làm cho hệ thống lớn hơn, do đó ngân sách dành cho việc hạ nhiệt cũng lớn hơn.

Nhiệt là dạng tiếng ồn thứ hai từ bên ngoài. Đáng lẽ phải là người đầu tiên chúng ta nói đến. Lấy lại ví dụ tương tự về electron đang quay, nằm thoải mái trong quỹ đạo của nó, các tín hiệu hồng ngoại mang nhiệt hiếm khi tác động vào electron đủ để làm gián đoạn spin của nó.

Electron liên kết tĩnh điện với hạt nhân và nếu electron đó đang chia sẻ quỹ đạo với một electron khác, thì về cơ bản cả hai sẽ bị vướng víu và một lần nữa, khó bận tâm hơn với việc thoát ra khỏi cấu hình ổn định của chúng.

Thứ ba, tại sao chúng ta phải tốn nhiều năng lượng như vậy là vì cần một lượng năng lượng rất lớn để theo dõi các trạng thái lượng tử bằng các phép đo của chúng ta.

Thiên nhiên không thực hiện việc đo lường, chúng ta làm điều đó. Do đó, chúng tôi đang thêm thông tin (một phép đo) vào mô phỏng tự nhiên của chúng tôi. Do đó có nhiều năng lượng hơn (hãy nhớ Landauer).

Phép đo cũng đưa năng lượng không cần thiết vào một hệ lượng tử, năng lượng này ảnh hưởng đến vị trí và động lượng của các hạt của chúng ta theo nguyên lý bất định của Heisenberg. Việc thu gọn hàm sóng của một trạng thái lượng tử chồng chất thành một trong nhiều trạng thái, mặc dù ngẫu nhiên, cũng không giúp ích gì cho chúng ta, cung cấp cho chúng ta thông tin chính xác bằng không về các biến ẩn của trạng thái đó.

Đây là tính ngẫu nhiên thực sự, không phải thứ mà máy tính cổ điển bắt chước là tính ngẫu nhiên giả. Các thuật toán ngẫu nhiên cổ điển của chúng tôi đều là giả ngẫu nhiên.

Einstein phàn nàn về điều này .

Do đó, chúng ta thường phải thực hiện nhiều phép đo lặp đi lặp lại để tìm ra phân bố xác suất của các trạng thái lượng tử, để tìm hiểu cách thúc đẩy chúng hoặc giảm thiểu sai sót. Những lần khởi tạo lặp lại này cùng với các phép đo được gọi là “lần chụp” và chúng ta thường cần chúng trong hàng nghìn lần. . Tất cả đều tiêu thụ rất nhiều năng lượng. Do đó tiền.

Chúng ta cần một ngân sách lớn hơn

Đây là luật dành cho bạn,

“Nếu chúng ta kiểm tra 2 năm một lần trong 2 thập kỷ tới, qubit sẽ tiếp tục chạy tính toán đắt hơn so với bóng bán dẫn”

Nguồn tài trợ đang tăng theo cấp số nhân nhưng mức tốt nhất chúng tôi có thể hiển thị cho nó cho đến nay là 433 qubit . Tuy nhiên, chúng tôi không thể chậm lại, chúng tôi đang ở rất gần.

Hiện tại, sự tiến bộ trong máy tính lượng tử sẽ tiếp tục phát triển để phù hợp với nguồn tài trợ ngày càng tăng cho tính toán lượng tử nhưng với lợi nhuận bằng 0 và nó sẽ không hòa vốn giống như cách điện toán cổ điển đã hòa vốn. Bạn biết đấy, với một số loại định luật Moore dành cho qubit.

Chắc chắn, có những đường cong học tập đưa chúng ta từ qubit kém đến qubit tốt hơn và đường cong này làm giảm chi phí năng lượng do đó hạn chế về ngân sách. Nhưng ở giới hạn thấp nhất, việc chạy các mô phỏng hoàn hảo của các mô hình tự nhiên sẽ khiến chúng ta tốn nhiều thời gian và sẽ không bao giờ rẻ hơn so với tính toán cổ điển trên diện rộng.

Máy tính cổ điển có thể gần đúng với tự nhiên, nhưng chúng cho chúng ta thấy rằng chúng ta có thể tiến rất xa với việc gần đúng với tự nhiên.

Tuy nhiên, vì đôi khi chúng ta cần có cái nhìn phê phán về thực tế nếu chỉ muốn thoát ra khỏi những giá trị gần đúng đang đạt đến giới hạn của chúng, nên chúng ta cần phải có khả năng trả giá cho điều đó. Các hệ thống tính toán lượng tử lớn như LIGO có giá 1,1 tỷ USD nhưng bạn phải trả phí nếu muốn nhìn bầu trời đêm trong xanh và thấy sóng hấp dẫn. Không có hệ thống tính toán cổ điển nào, cho dù được xây dựng khéo léo đến đâu, có thể mã hóa mọi thứ đang diễn ra trong LIGO.

Phong trào E/acc là đúng, nhân loại cần phải vươn tới nhiều bậc thang hơn trong thang đo Kardashev. Chúng ta cần có khả năng tiêu thụ năng lượng không có carbon, có thể sử dụng được gấp hàng trăm lần so với mức chúng ta sử dụng ngày nay. Năng lượng này là thứ thực sự trả cho mọi thứ, kể cả tính toán lượng tử và mặc dù công nghệ này có thể không đủ tốt để tạo ra PC lượng tử để bàn có lợi nhuận, nhưng thỉnh thoảng, máy tính lượng tử sẽ cho chúng ta cái nhìn về thực tế mà chúng ta không mong đợi. Một quan điểm khơi dậy sự quan tâm của chúng ta đối với thế giới.

Do đó, hãy giúp nhân loại và các công cụ tính toán gần đúng cổ điển của nó đến gần hơn với sự vĩ đại thực sự hơn bao giờ hết nếu chúng ta chưa bao giờ khám phá ra sức mạnh mô phỏng thiên nhiên bằng mô hình tính toán lượng tử.

Mặc dù nó có thể là công nghệ đắt nhất trên trái đất.

***

Tái bút >> Bởi vì việc chạy tính toán lượng tử rất tốn kém nên nỗi lo sợ về việc máy tính lượng tử trong tương lai hack email của chúng ta là không có cơ sở. Hack mạng xã hội sẽ vẫn là một cách rẻ hơn để hack email, máy tính lượng tử, nhưng không nhiều. Và nếu mật khẩu của bạn là PASSWORD xin đừng đổ lỗi cho máy tính lượng tử.