Karakteristik komputer kuantum

Kekuatan komputer kuantum diukur dalam qubit, unit dasar pengukuran dalam komputer kuantum. Sumber

Saya membuat facepalm setelah setiap pembacaan frasa seperti itu. Tidak bagus, penglihatan mulai duduk; Anda harus segera menghubungi Meklon.

Saya pikir sudah waktunya untuk mensistematisasi parameter dasar komputer kuantum. Ada beberapa di antaranya:

1. Jumlah qubit
2. Waktu retensi koherensi (waktu dekoherensi)
3. Tingkat kesalahan
4. Arsitektur prosesor
5. Harga, ketersediaan, kondisi, waktu penyusutan, alat pemrograman, dll.

Jumlah qubit

Semuanya jelas di sini, semakin banyak semakin baik. Bahkan, Anda perlu membayar qubit, dan idealnya Anda perlu membeli qubit persis sebanyak yang Anda butuhkan untuk menyelesaikan tugas. Untuk pengembang mesin game eksklusif, satu qubit per mesin sudah cukup (untuk menghasilkan acak). Untuk "brute force" RSA-2048 - setidaknya 2048 qubit.

Algoritma kuantum yang paling umum dinamai Grover dan Shore. Grover memungkinkan Anda untuk "meretas" hash. Untuk membuat crash Bitcoin, Anda membutuhkan komputer dengan setidaknya 256 qubit di papan (Anda dapat perdukunan dengan kompleksitas Bitcoin, tetapi mari kita memikirkan angka bulat ini). Shore memungkinkan Anda untuk memfaktorkan angka. Untuk memfaktorkan sejumlah panjang n digit biner, setidaknya n qubit diperlukan.

Maksimum saat ini: 50 qubit ( sudah 72? ). Dan faktanya, 50 qubit adalah batasnya. Batas simulasi komputer kuantum. Secara teori, kita dapat mensimulasikan sejumlah qubit pada kalkulator klasik. Dalam praktiknya, menambahkan satu qubit ke simulasi memerlukan penggandaan kalkulator klasik. Tambahkan rumor tentang menggandakan qubit setiap tahun, dan tanyakan pada diri Anda pertanyaan: bagaimana cara debug algoritma untuk 256 \ 512 \ 1024 \ 2048 qubit? Tidak ada simulator, Anda tidak dapat menempatkan titik istirahat pada prosesor kuantum.

Waktu retensi koherensi (waktu dekoherensi)

Koherensi dan koherensi bukanlah hal yang sama. Saya lebih suka membandingkan koherensi dengan regenerasi memori. Ada miliaran sel pada bilah RAM, masing-masing memiliki muatan, nol atau satu. Biaya ini memiliki properti yang sangat menarik - mengalir turun. Awalnya, sel "tunggal" menjadi sel pada 0,99, lalu 0,98, dan seterusnya. Oleh karena itu, 0,01, 0,02, 0,03 terakumulasi pada nol ... Anda perlu memperbarui biaya ini, "regenerasi". Segala sesuatu yang kurang dari setengah diatur ulang ke nol, yang lainnya mencapai satu.

Prosesor kuantum tidak dapat dibuat ulang. Dengan demikian, untuk semua perhitungan ada satu siklus, hingga qubit "bocor" pertama. Waktu sebelum "kebocoran" pertama disebut waktu dekoherensi. Koherensi adalah keadaan ketika qubit belum "bocor". Di sini Anda dapat melihat sedikit penjelasan orang dewasa.

Decoherence terkait dengan jumlah qubit: semakin banyak qubit, semakin sulit mempertahankan koherensi. Di sisi lain, di hadapan sejumlah besar qubit, beberapa di antaranya dapat digunakan untuk memperbaiki kesalahan yang terkait dengan dekoherensi. Oleh karena itu jumlah qubit saja tidak menyelesaikan apa pun. Anda dapat menggandakan jumlah qubit, dan membelanjakan 90% untuk memperbaiki dekoherensi.

Kira-kira di sini konsep qubit logis muncul. Secara kasar, jika Anda memiliki prosesor untuk 100 qubit, tetapi 40 di antaranya ditujukan untuk memperbaiki dekoherensi, Anda masih memiliki 60 qubit logis. Di mana Anda menjalankan algoritma Anda. Konsep qubit logis sekarang agak teoretis, saya belum pernah mendengar tentang implementasi praktis secara pribadi.

Kesalahan dan koreksi mereka

Momok lain dari prosesor kuantum. Jika Anda membalik qubit, dengan probabilitas 2% operasi akan berakhir dengan kesalahan. Jika Anda mengacaukan 2 qubit, probabilitas kesalahan mencapai 8%. Ambil nomor 256-bit, simpan di SHA-256, hitung jumlah operasi, hitung probabilitas SEMUA dari operasi ini untuk dilakukan dengan benar.

Matematikawan memberikan solusi: koreksi kesalahan. Ada algoritma. Menerapkan satu keterikatan 2 qubit logis membutuhkan 100.000 qubit fisik. Bitco-kapet akan segera hadir.

Arsitektur prosesor

Sebenarnya, tidak ada komputer kuantum. Hanya ada prosesor kuantum. Mengapa saya membutuhkan RAM ketika waktu untuk bekerja dibatasi hingga milidetik? Saya memprogram dalam Q #, tetapi ini adalah bahasa tingkat tinggi. Alokasikan 15 qubit untuk diri Anda sendiri, dan lakukan apa yang Anda inginkan dengannya. Dicari, bingung qubit pertama dengan yang kesepuluh. Diinginkan - bingung enam pertama.

Tidak ada kebebasan seperti itu pada prosesor nyata. Saya diminta untuk membingungkan qubit pertama dengan 15 - kompiler akan menghasilkan 26 operasi tambahan. Dengan sedikit keberuntungan. Jika Anda tidak beruntung, itu akan menghasilkan seratus. Faktanya adalah qubit hanya bisa bingung dengan tetangganya. Lebih dari 6 tetangga per qubit, saya belum melihat. Pada prinsipnya, ada kompiler yang mengoptimalkan program kuantum, tetapi sejauh ini mereka agak teoretis.

Setiap prosesor memiliki set instruksi sendiri, dan hubungan antara qubit berbeda. Dalam dunia yang ideal, kami memiliki Rx, Ry, Rz, dan kombinasinya yang sewenang-wenang, ditambah belitan sepuluh atribut gratis, ditambah Swap: lihat operator di Quirk . Dalam kehidupan nyata, kita memiliki beberapa pasangan qubit, dan keterjeratan CNOT (q [0], q [1]) hanya membutuhkan satu operasi, dan CNOT (q [1], q [0]) - sudah pada jam 7. Dan koherensi mencair ...

Harga, ketersediaan, kondisi, waktu penyusutan, alat pemrograman ...

Harga tidak diiklankan, aksesibilitas ke warga negara rata-rata mendekati nol, waktu penyusutan belum dihitung dalam praktiknya, alat pemrograman hanya muncul. Dokumentasi di arxiv.org.

Jadi, jenis informasi apa yang dibutuhkan para ahli ketika merilis komputer kuantum baru?

Selain daftar di atas, saya suka opsi dari PerlPower dan Alter2 :

Itu akan menjadi setiap artikel tentang komputer kuantum baru dimulai dengan dua karakteristik - jumlah qubit yang bingung secara bersamaan , dan waktu retensi qubit.

Atau bahkan lebih baik - sejak runtime dari tolok ukur paling sederhana, misalnya, menemukan faktor-faktor sederhana dari angka 91.