地球上最昂贵的技术

量子计算机是地球上最昂贵的技术。我足以证明，他们的成功是技术文明丰富程度的直接衡量标准。

以可用的碳中和能源来衡量财富。 （如果我们现在不计算碳，我们以后还得计算）。

摩尔定律不适用于量子计算机

我是在观看莱克斯·弗里德曼 (Lex Fridman) 与量子物理学家、应用数学家和企业家纪尧姆·维东 (Guillaume Verdon) 的播客片段后萌生了这个想法。

老实说，古典计算机最早是在基督之前的古代发明的。但出于实用目的，随着 1947 年贝尔实验室发明了晶体管，它们才真正出现在全球舞台上。随着晶体管的发明，摩尔定律出现了。

“摩尔定律是指集成电路 (IC) 中的晶体管数量大约每两年翻一番”——维基百科。该定律由戈登·摩尔 (Gordon Moore) 于 1965 年提出，自 1975 年至今一直准确。

这确实是一条法律。但对于经典计算机来说。

为什么？

就像人工智能一样，具有人类用户的经典计算机是一个试图用尽可能小的熵模型对宇宙中熵过程的关键细节进行编码的系统。

计算就是表示宇宙中的状态（无论是自然发生的还是抽象数学世界或其他地方发生的状态）并在模拟中运行它们的过程变化之一，我们可以使用的能量越少越好。

更小的晶体管使用更少的能量，值得庆幸的是，摩尔定律已经看到这些基本的计算单位——晶体管，从像下面这样的灯泡大小的笨重装置中大幅缩小。

这是 IBM 2 纳米芯片技术的高度放大图像。它看起来像是某种奇怪动物的牙科配方的 X 光片。

上图中的每个晶体管大约有 5 个原子大小，芯片中的 500 亿个晶体管只有一个指甲盖大小。

所有这些小型化之所以成为可能，是因为我们不需要大量的能量或材料来在基本层面上表示一点信息。 49 年前，当戈登·摩尔 (Gordon Moore) 提出他的定律时，我们并不知道这一点。我们现在就这样做。

然而，我们需要大量的能量和材料来表示信息的逻辑量子位。这正是量子计算机无法根据摩尔定律扩展的原因。

随着我们需要的量子位数量的增加，所需的能量以及运行这些量子计算的成本可能会增加，以匹配整个地球实际的碳中和 GDP 的增长。

但量子位是冷的。你说他们需要大量能量是什么意思？

理论上，量子计算比经典计算消耗更少的能量。因为能量变化是可逆的，所以理论上我们可以在零能量上运行量子计算！

因为从理论上讲，我们输入的任何能量都永远不会输出。例如，经典计算中的基本逻辑门（称为“与非”门）如下所示。

您可以看到 2 位信息 A 和 B 进入，但只有 1 位信息出去。

由于兰道尔表明信息就是能量，这表明经典计算机是浪费能量的。

与非门的量子版本称为 Tofolli 门，如下所示。

3 个能量输入产生 3 个能量输出。

没有能量浪费。

但是等等，您需要 3 个量子位输入，而在经典情况下，您只需要 2 位。我们已经可以看到我们比平时需要更多。

模拟自然在物质和精力上都非常昂贵

当使用量子计算机时，我们的输入需要更多的能量脉冲，这甚至不是我们能量预算表面上的一个划痕。问题是，我们正在使用人造自然来模拟自然，其规模比我们所模拟的大数百万倍。

以超导量子位为例。虽然像“旋转”电子这样的自然量子位是极其微小的东西，小到足以使其量子态免受大多数宇宙射线的撞击，但超导量子位的行为就像我们可以轻松控制的人造旋转电子。缺点是数以百万计的宇宙射线可以非常清楚地看到它们。他们击中了他们。

这只是外部噪音的一种形式。这让我们付出了代价，而且还将继续让我们付出代价。

我们需要并将继续需要大量能量来将宇宙射线等高能噪声排除在我们的量子系统之外。

正如 Guillaume 先生所解释的那样，我们的秘诀是构建噪声系统的纠错码，最终为我们提供一个无噪声系统（在平均情况下）。但这使得系统变得更大，因此冷却的预算也更大。

热量是外部噪音的第二种形式。应该是我们第一个谈论的。再次以旋转电子为例，舒适地坐在其轨道上，携带热量的红外信号很少会撞击电子足以中断其旋转。

电子通过静电与原子核结合，如果该电子与另一个电子共享轨道，则两者本质上是纠缠在一起的，并且再次难以摆脱其稳定构型的旋转。

第三，为什么我们在能源成本上遭受如此大的损失是因为我们需要大量的能量来通过我们的测量来跟踪量子态。

大自然不进行测量，而是我们进行测量。因此，我们将信息（测量）添加到我们对自然的模拟中。因此有更多的能量（记住兰道尔）。

测量还会将不必要的能量引入量子系统，从而影响粒子的位置和动量，这符合海森堡的不确定性原理。将叠加量子态的波函数折叠成许多状态中的一种（尽管是随机的）给我们提供的关于该状态的隐藏变量的信息恰好为零，这也无济于事。

这是真正的随机性，而不是经典计算机模仿的伪随机性。我们经典的随机化算法都是伪随机的。

爱因斯坦对此有所抱怨。

因此，我们通常必须进行多次重复测量来弄清楚量子态的概率分布，无论是学习如何推动它们还是减轻误差，这些重复的初始化加上测量被称为“镜头”，我们通常需要数千次。它们都消耗大量的能量。因此有钱。

我们需要更大的预算

这里有一条法律适合你，

“如果我们在接下来的 20 年里每 2 年检查一次，量子位的计算成本将继续高于晶体管”

资金呈指数增长，但迄今为止我们所能展示的最好数量是433 个量子位。然而，我们不能放慢脚步，我们已经很接近了。

目前，量子计算机的进展将继续增长，以匹配量子计算不断增加的资金，但利润为零，而且它不会像经典计算收支平衡那样实现收支平衡。你知道，量子位有某种摩尔定律。

当然，有一些学习曲线可以将我们从较差的量子位带到更好的量子位，并且该曲线降低了能源成本，从而减少了预算限制。但在最低限度下，运行自然模型的完美模拟将花费我们大量时间，并且永远不会比大规模经典计算便宜。

经典计算机可能是对自然的近似，但它们向我们表明，我们可以在近似自然方面走得更远。

然而，由于我们有时需要批判性地审视现实，哪怕只是为了突破接近极限的近似值，那么我们就需要有能力为此付出代价。像 LIGO 这样的大型量子计算系统耗资 11 亿美元，但如果你想看晴朗的夜空并看到引力波，就必须付费。任何经典的计算系统，无论构建得多么巧妙，都无法对 LIGO 中发生的一切进行编码。

E/acc 运动是正确的，人类需要在卡尔达肖夫等级的阶梯上攀登更多的台阶。我们需要能够消耗比现在多数百倍的可用无碳能源。这种能量才是真正支付包括量子计算在内的一切的东西，虽然这项技术可能不足以制造有利可图的桌面量子个人电脑，但量子计算机将每隔一段时间让我们看到我们意想不到的现实。这种观点重新点燃了我们对世界的兴趣。

因此，与我们从未发现用量子计算模型模拟自然的力量相比，有助于推动人类及其经典计算逼近器更加接近真正的伟大。

尽管它可能是地球上最昂贵的技术。

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PS >> 因为运行量子计算非常昂贵，所以我们对未来量子计算机黑客攻击我们电子邮件的担忧是没有根据的。社交黑客仍将是一种更便宜的黑客电子邮件、量子计算机的方式，但不会那么便宜。如果你的密码是 PASSWORD，请不要责怪量子计算机。