Еще немного о квантовом компьютере
Занимать крайне скептическую точку зрения по поводу перспектив квантовых вычислений - вполне разумно. И вообще говоря, каждый кто смотрит на эту проблему как на аппаратно-инженерную, даже и должен быть скептиком. Если бы масштабирование квантовых вычислений означало бы построение чипа, где каждый кубит или атом работал бы с идеальной точностью - нужно было бы сразу признать эту задачу инженерно неразрешимой.
Единственная причина, по которой существуют инвестиции в эту область, и даже запущено что-то вроде квантовой гонки - это тот факт, что весь проект, вообще говоря, не сводится чисто к задачe повышения качества кубитов. Построение квантового компьютера в принципе возможно из-за математических идей, которые позволяют корректировать ошибки.
Битва за время
Судьба квантовых вычислений целиком зависит не от создания более совершенных кубитов. Она зависит от гонки между двумя совершенно разными типами чипов:
Квантовый чип ⚛️ - издает много шума и выдает ошибки каждую микросекунду.
Классический декодирующий чип 🖥 - стандартный, сверхбыстрый классический процессор (например, FPGA или специализированный чип для ИИ), который находится рядом с квантовым товарищем. Его единственная задача - считывать входящий поток ошибок, решать сложную задачу сопоставления графов и говорить:
до начала следующего микросекундного цикла.
Почему это может потерпеть неудачу?
Если квантовые вычисления умрут, это произойдет следующим образом: по мере увеличения количества кубитов в квантовом чипе с 1000 до 10000, поток данных об ошибках превратится в проливной дождь. Если классическому процессору требуется 2 микросекунды для вычисления места ошибки, а квантовый чип выдает новую ошибку каждые 1 микросекунду, классический компьютер отстает. Как только он отстает даже на долю секунды, ошибки накапливаются, данные выходят из-под контроля, и весь логический кубит коллапсирует в полную случайность.
Это и есть "стена декодирования".
Почему это может сработать?
Причина, по которой физики не сдаются, заключается в том, что мы уже видели точно такой же математический сценарий. Флэш-память вашего смартфона и жесткий диск вашего компьютера состоят из компонентов поразительно низкого качества! Физический уровень битовых ошибок в памяти смартфона трехлетней давности уже сравним - по крайней мере, номинально - с текущим уровнем ошибок сверхпроводниковых кубитов. Если вы прочитаете необработанные электрические сигналы, поступающие с современного твердотельного накопителя (SSD), частота ошибок будет невероятно высокой из-за микроскопических производственных дефектов. Вы мгновенно потеряете свои фотографии. Ваши файлы сохраняются, потому что специальный, скрытый классический контроллер внутри SSD постоянно запускает фоновые алгоритмы коррекции ошибок (такие как коды Рида-Соломона или LDPC) для восстановления данных на лету. Вы этого никогда не замечаете, но ваша современная цифровая жизнь уже полностью построена на принципиально неисправном и ненадежном физическом оборудовании.
Квантовые инженеры не пытаются построить идеальную квантовую систему без ошибок. Они пытаются собрать квантовую версию SSD-контроллера - системы, которая достаточно быстро реагирует на физические ошибки и "заделывает дыры в тонущем корабле" (с) в реальном времени.
👋
Занимать крайне скептическую точку зрения по поводу перспектив квантовых вычислений - вполне разумно. И вообще говоря, каждый кто смотрит на эту проблему как на аппаратно-инженерную, даже и должен быть скептиком. Если бы масштабирование квантовых вычислений означало бы построение чипа, где каждый кубит или атом работал бы с идеальной точностью - нужно было бы сразу признать эту задачу инженерно неразрешимой.
Единственная причина, по которой существуют инвестиции в эту область, и даже запущено что-то вроде квантовой гонки - это тот факт, что весь проект, вообще говоря, не сводится чисто к задачe повышения качества кубитов. Построение квантового компьютера в принципе возможно из-за математических идей, которые позволяют корректировать ошибки.
Битва за время
Судьба квантовых вычислений целиком зависит не от создания более совершенных кубитов. Она зависит от гонки между двумя совершенно разными типами чипов:
Квантовый чип ⚛️ - издает много шума и выдает ошибки каждую микросекунду.
Классический декодирующий чип 🖥 - стандартный, сверхбыстрый классический процессор (например, FPGA или специализированный чип для ИИ), который находится рядом с квантовым товарищем. Его единственная задача - считывать входящий поток ошибок, решать сложную задачу сопоставления графов и говорить:
- Кубит 45 перевернут, исправьте это!
до начала следующего микросекундного цикла.
Почему это может потерпеть неудачу?
Если квантовые вычисления умрут, это произойдет следующим образом: по мере увеличения количества кубитов в квантовом чипе с 1000 до 10000, поток данных об ошибках превратится в проливной дождь. Если классическому процессору требуется 2 микросекунды для вычисления места ошибки, а квантовый чип выдает новую ошибку каждые 1 микросекунду, классический компьютер отстает. Как только он отстает даже на долю секунды, ошибки накапливаются, данные выходят из-под контроля, и весь логический кубит коллапсирует в полную случайность.
Это и есть "стена декодирования".
Почему это может сработать?
Причина, по которой физики не сдаются, заключается в том, что мы уже видели точно такой же математический сценарий. Флэш-память вашего смартфона и жесткий диск вашего компьютера состоят из компонентов поразительно низкого качества! Физический уровень битовых ошибок в памяти смартфона трехлетней давности уже сравним - по крайней мере, номинально - с текущим уровнем ошибок сверхпроводниковых кубитов. Если вы прочитаете необработанные электрические сигналы, поступающие с современного твердотельного накопителя (SSD), частота ошибок будет невероятно высокой из-за микроскопических производственных дефектов. Вы мгновенно потеряете свои фотографии. Ваши файлы сохраняются, потому что специальный, скрытый классический контроллер внутри SSD постоянно запускает фоновые алгоритмы коррекции ошибок (такие как коды Рида-Соломона или LDPC) для восстановления данных на лету. Вы этого никогда не замечаете, но ваша современная цифровая жизнь уже полностью построена на принципиально неисправном и ненадежном физическом оборудовании.
Квантовые инженеры не пытаются построить идеальную квантовую систему без ошибок. Они пытаются собрать квантовую версию SSD-контроллера - системы, которая достаточно быстро реагирует на физические ошибки и "заделывает дыры в тонущем корабле" (с) в реальном времени.
👋