Квантовый выпуск: никогда не знаешь будущего

Детали

Люди спорят о том, представляет ли квантовый компьютер реальную угрозу для сети Биткоин, уже более десяти лет. Это была серьёзная тема для обсуждения более 13 лет назад, когда я сам впервые открыл для себя Биткоин.

С тех давних пор, когда я был просто неуклюжим идиотом, пытающимся разобраться, что здесь происходит, был достигнут значительный прогресс — как в теории, так и в практической инженерии.

С того времени были достигнуты две важные вехи, которые существенно меняют вероятность того, что жизнеспособный квантовый компьютер действительно будет создан где-то в ближайшие десять лет или около того. Это не обязательно означает, что он достигнет повсеместного распространения или хотя бы относительной доступности для тех, кто располагает крупным капиталом.

Но вполне возможно, что в ближайшем будущем будет произведено некоторое количество работоспособных машин.

Первым крупным улучшением стало исправление ошибок. Чтобы учесть inherentный шум при работе с объектами на таком крошечном масштабе, для получения логического кубита, пригодного для практических вычислений, требуется использование нескольких избыточных физических кубитов.

Прежним передовым способом решения этой задачи были поверхностные коды — способ объединения нескольких физических кубитов в решётку, при котором часть из них используется как проверочные кубиты, периодически «проверяющие» своих соседей, чтобы убедиться в отсутствии внутренних ошибок в суперпозиции (не разрушая саму суперпозицию). Все пустые места в каждой решётке должны быть заполнены проверочными кубитами.

Такое требование к проверочным кубитам создаёт дополнительные накладные расходы, которые в сумме могут приближаться к 1 000 физических кубитов на один логический кубит, и ситуация ухудшается с ростом масштаба, потому что проверочные кубиты могут проверять только непосредственно соседние с ними кубиты. Поэтому в каждой группе кубитов проверочные элементы должны располагаться на равном расстоянии друг от друга.

Квантовые коды с низкой плотностью проверок на чётность (qLDPC) устраняют это узкое место, позволяя проверочным кубитам проверять другие кубиты на больших расстояниях по всему устройству (либо через переплетённые дорожки для связи между секциями чипа, либо путём физического перемещения атомов, как в конструкции с нейтральными атомами). Это позволило в 10 раз сократить количество физических кубитов, необходимых для получения надёжного логического кубита.

Этим нельзя пренебрегать. Пусть это и не полностью функциональная машина, добивающаяся прогресса в повышении эффективности, но это существенный прирост эффективности в инженерных процессах, лежащих в основе производства полностью функционального квантового компьютера.

Второе достижение связано с более фундаментальным вопросом об утверждении, что добавление большего числа физических кубитов приводит к снижению общего шума в системе, а не к его увеличению. На данный момент это по-прежнему остаётся теорией, и нужно помнить, что по сей день не существует полностью функционального квантового компьютера, который от начала до конца выполнил бы вычисление, непосильное для классического компьютера.

Google провёл эксперимент с использованием своих чипов Sycamore (а позже Willow), чтобы экспериментально проверить эффект от добавления большего числа физических кубитов. Следует чётко понимать: это была не демонстрация выполнения вычислений, а просто демонстрация хранения информации в памяти без её разрушения.

Они показали на примере логических кубитов, состоящих из связки 17 физических кубитов, связки 49 физических кубитов и связки 101 физического кубита, что частота логических ошибок — то есть частота повреждения данных — снижалась по мере увеличения числа физических кубитов. Этот тест преодолел критический порог, при котором логический кубит, созданный из независимых физических кубитов, сохранял когерентность дольше, чем любой отдельный физический кубит, из которого он состоял.

Опять же, это не скачок к полностью функциональному квантовому компьютеру, выполняющему вычисления, непосильные для классических машин, но это существенный прогресс, подтверждающий одно из фундаментальных допущений, лежащих в основе квантовых компьютеров.

И это не единственные задачи в данной области, для которых мы находим более удачные решения. Искусственный интеллект стал важным компонентом этих систем. Он используется в самом процессе считывания и декодирования информации с квантового компьютера — а это серьёзное узкое место для его практического применения в больших масштабах.

ИИ также используется при разработке новых квантовых алгоритмов, оптимизированных для машин такого типа, и, учитывая недавнюю череду случаев, когда ИИ помогал решать (или даже опровергать существующие гипотезы) крупные проблемы в области математики, предположение о возможности серьёзных прорывов, вызванных ИИ, вовсе не выглядит таким уж безумным. 

Их применяют точно так же при проектировании самих физических квантовых схем, которые строятся с использованием различных архитектур. На самом деле это очень сложная задача — найти оптимальный способ размещения квантовых вентилей в физическом пространстве, чтобы минимизировать шум на квантовом уровне, не создавая при этом столько пустого пространства, что появятся задержки, неэффективность и другие проблемы, которые придётся решать. 

Это фактор, который вполне может резко ускорить прогресс в решении необходимых фундаментальных проблем. 

В конечном счёте, на мой взгляд, всё сводится к одному вопросу: действительно ли предположение о том, что добавление большего числа физических кубитов снижает шум, выполняется, когда речь идёт о вычислениях и активном манипулировании квантовой информацией. 

Если это предположение верно и не будет экспериментально опровергнуто в ближайшем будущем, то, думаю, существует вполне реалистичный сценарий появления жизнеспособного квантового компьютера в течение следующих десяти лет. 

На решение этой проблемы направляются огромные ресурсы, наблюдается значительный (хотя и не ошеломляющий) прогресс в решении отдельных её частей, и если в принципе существует способ что-то сделать, люди обычно его находят. 

Я не говорю, что пора паниковать, но не стоит сбрасывать такую возможность со счетов. 

Этот материал опубликован в последнем печатном выпуске Bitcoin Magazine — The Quantum Issue. Мы делимся им здесь, чтобы заранее познакомить вас с идеями, раскрытыми на протяжении всего номера.

Liquid вернул 3 400 BTC после переговоров в ончейне; белые хакеры оставили себе 598,5 BTC

Raiffeisen Bank International запустит биткоин-услуги по всей Европе в рамках расширенной сделки с Bitpanda

Генеральный директор BitGo Майк Белше: почему обесценивание доллара подпитывает K-образную экономику

Прогноз рынка BTC и институционального принятия с Дэниелом Хинтоном из UTXO

Оценка квантовой угрозы для биткоина с Shinobi

Смотрите в прямом эфире, навёрстывайте пропущенные эпизоды и получайте эксклюзивный контент на ходу.

Bitcoin Magazine издаётся BTC Inc., дочерней компанией Nakamoto Inc. (NASDAQ: NAKA).

Связанные монеты

BTC

Источник

Bitcoin Magazine RSS