Bitcoin Magazine
Квантове питання: майбутнє ніколи не знаєш напевно
Люди сперечаються про те, чи становить квантовий комп’ютер реальну загрозу для мережі Bitcoin, уже понад десять років. Це була серйозна тема розмов ще понад 13 років тому, коли я сам уперше дізнався про Bitcoin.
Відтоді, коли я був лише незграбним недоумком, який намагався збагнути, що тут узагалі відбувається, було досягнуто чималого прогресу — як у теорії, так і в реальній інженерії.
Відтоді було пройдено дві великі віхи, які суттєво змінюють імовірність того, що працездатний квантовий комп’ютер справді буде створено десь у найближче десятиліття чи близько того. Саме по собі це не означає, що він досягне повсюдного поширення чи бодай відносної доступності для тих, хто має великі капітали.
Але цілком можливо, що в найближчому майбутньому буде створено низку працездатних машин.
Покращення в корекції помилок
Перше велике покращення сталося в корекції помилок. Щоб урахувати шум, який неминуче виникає під час роботи з об’єктами такого крихітного масштабу, для отримання логічного кубіта, придатного для обчислень на практиці, потрібно використовувати кілька надлишкових фізичних кубітів.
Колишнім передовим способом зробити це були поверхневі коди — спосіб об’єднання безлічі фізичних кубітів у решітку з використанням деяких із них як перевірочних кубітів, які періодично «перевіряють» своїх сусідів, щоб пересвідчитися у відсутності внутрішніх помилок у суперпозиції (не руйнуючи при цьому саму суперпозицію). Порожні місця кожної решітки потрібно заповнювати перевірочними кубітами.
Ця вимога до перевірочних кубітів створює додаткові накладні витрати, які в сумі можуть сягати майже 1,000 фізичних кубітів на один логічний кубіт, і зі зростанням масштабу ситуація погіршується, бо перевірочні кубіти можуть перевіряти лише ті кубіти, що містяться безпосередньо поряд із ними. Тож у кожній групі кубітів перевіряльники мають розташовуватися на однаковій відстані.
Квантові коди з малою щільністю перевірок на парність (qLDPC) усувають це вузьке місце, дозволяючи перевірочним кубітам перевіряти інші кубіти на великих відстанях (або через доріжки, вплетені для зв’язку між секціями чипа, або шляхом фізичного переміщення атомів, як у конструкції на нейтральних атомах) по всьому пристрою. Це дало змогу досягти 10x скорочення кількості фізичних кубітів, необхідних для отримання надійного логічного кубіта.
Це не те, чим варто нехтувати. Нехай це й не повністю працездатна машина, що нарощує ефективність, — це суттєвий приріст ефективності в інженерних процесах, які лежать в основі створення повністю працездатного квантового комп’ютера.
Прогрес у доведенні фундаментальних положень
Друге пов’язане з більш фундаментальним питанням довкола твердження про те, що додавання більшої кількості фізичних кубітів веде до зниження загального шуму в системі, а не до його зростання. Наразі це все ще, по суті, теорія, і слід пам’ятати, що донині не існувало повністю працездатного квантового комп’ютера, який від початку до кінця виконав би обчислення, недоступне класичному комп’ютеру.
Google провела експеримент із використанням своїх чипів Sycamore (а пізніше Willow), щоб експериментально перевірити ефект від додавання більшої кількості фізичних кубітів. Зазначимо з усією ясністю: це була не демонстрація виконання обчислень, а лише демонстрація зберігання інформації в пам’яті без її розпаду.
За допомогою логічних кубітів, складених зі зв’язки з 17 фізичних кубітів, зв’язки з 49 фізичних кубітів і зв’язки зі 101 фізичного кубіта, вони показали, що рівень логічних помилок — частота пошкодження даних — знижувався в міру зростання числа фізичних кубітів. Цей тест подолав критичний поріг, за якого логічний кубіт, що створюється з незалежних фізичних кубітів, зберігав когерентність довше, ніж будь-який окремий фізичний кубіт, із яких він був складений.
І знову ж таки: це не стрибок до повністю працездатного квантового комп’ютера, що виконує обчислення, недоступні класичним машинам, але це суттєвий прогрес у доведенні одного з фундаментальних припущень, які лежать в основі квантових комп’ютерів.
ШІ
І це не єдине, для чого в цій царині задач ми знаходимо кращі рішення. Штучний інтелект став великою складовою цих систем. Його використовують у самому процесі зчитування та декодування інформації з квантового комп’ютера — а це серйозне вузьке місце для того, щоб справді задіяти його в масштабі.
ШІ також застосовують при розробці нових квантових алгоритмів, оптимізованих під такі машини, і, зважаючи на нещодавню хвилю випадків, коли ШІ допомагав розв’язувати (або навіть спростовувати наявні гіпотези) великі проблеми в галузі математики, зовсім не так божевільно припустити можливість великих проривів, досягнутих за допомогою ШІ.
Їх же застосовують і власне в проєктуванні фізичних квантових схем, які будуються з використанням різних архітектур. Це, насправді, дуже складна задача — знайти оптимальний спосіб розмістити квантові вентилі у фізичному просторі так, щоб мінімізувати шум на квантовому рівні, але при цьому не створити стільки порожнього простору, щоб привнести затримки, неефективність та інші проблеми, які доведеться розв’язувати.
Це чинник, який цілком може різко пришвидшити прогрес у розв’язанні необхідних фундаментальних проблем.
Погляд уперед
Зрештою, на мій погляд, усе зводиться до одного питання: чи справді припущення про те, що додавання більшої кількості фізичних кубітів знижує шум, зберігає силу, коли йдеться про обчислення й активну маніпуляцію квантовою інформацією.
Якщо це припущення зберігає силу й не буде експериментально спростоване в найближчому майбутньому, то, гадаю, є цілком реалістичний сценарій створення працездатного квантового комп’ютера в найближчі десять років.
На цю проблему кидається колосальний обсяг ресурсів, є значний (хоча й не приголомшливий) прогрес у розв’язанні окремих її частин, і якщо спосіб зробити щось у принципі існує, люди зазвичай до нього докопуються.
Я не кажу, що настав час панікувати, але не варто скидати цю можливість із рахунків.
Цей матеріал увійшов до останнього друкованого випуску Bitcoin Magazine, «Квантового випуску». Ми ділимося ним тут як раннім поглядом на ідеї, які розглядаються впродовж усього випуску.
Ця стаття Квантове питання: майбутнє ніколи не знаєш напевно уперше з’явилася в Bitcoin Magazine і написана Shinobi.
Джерело: BitcoinMagazine
