Bitcoin Dergisi
Kuantum Sorunu: Geleceği Asla Gerçekte Bilemezsiniz
İnsanlar on yılı aşkın bir süredir kuantum bilgisayarın Bitcoin ağına gerçekçi bir tehdit oluşturup oluşturmadığını tartışıyor. 13 yıl önce Bitcoin'i ilk keşfettiğimde bu ciddi bir tartışma konusuydu.
Uzun zaman önce burada neler olup bittiğini anlamaya çalışan beceriksiz bir aptal olduğum zamandan bu yana, hem teori hem de gerçek dünya mühendisliği açısından oldukça fazla ilerleme kaydedildi.
O zamandan bu yana, önümüzdeki on yılda gerçekten uygun bir kuantum bilgisayarın üretilme ihtimalinde önemli bir fark yaratan iki önemli dönüm noktasına ulaşıldı. Bu, doğası gereği her yerde bulunabilecek bir noktaya ulaşacağı veya büyük miktarda sermayeye sahip olanlar için nispeten erişim kolaylığı sağlayacağı anlamına gelmiyor.
Ancak yakın gelecekte çok sayıda uygulanabilir makinenin üretilmesi çok olası.
Hata Düzeltme İyileştirmeleri
İlk büyük gelişme hata düzeltmede olmuştur. Bu kadar küçük ölçekteki şeylerle çalışmanın doğasında olan gürültüyü hesaba katmak ve pratikte hesaplamada yararlı olacak mantıksal bir kübit elde etmek için birden fazla yedekli fiziksel kübitin kullanılması gerekir.
Bunu yapmanın önceki son teknoloji ürünü yüzey kodlarıydı; bu, birden fazla fiziksel kubiti bir ızgarada bir araya getirmenin ve bunlardan bazılarını, süperpozisyonda hiçbir dahili hatanın meydana gelmediğinden emin olmak için (süperpozisyon çökmeden) komşularını periyodik olarak "kontrol eden" kontrol kubitleri olarak kullanmanın bir yoluydu. Her ızgaranın boş alanlarının kontrol kübitleriyle doldurulması gerekir.
Bu kontrol kubiti gereksinimi, toplamda mantıksal kubit başına 1.000 fiziksel kübite yaklaşabilecek ekstra bir yük oluşturur ve kontrol kübitleri yalnızca hemen yanlarındaki kübitleri kontrol edebildiğinden ölçek açısından kötüleşir. Bu nedenle, her kübit grubunun eşit aralıklarla yerleştirilmiş damalara sahip olması gerekir.
Kuantum düşük yoğunluklu eşlik kontrolü (qLDPC) kodları bu darboğazı ortadan kaldırarak, kontrol kübitlerinin büyük mesafelerdeki diğer kübitleri (çip bölümleri arasında iletişim kurmak için iç içe geçmiş izler aracılığıyla veya nötr atom tasarımında olduğu gibi atomları fiziksel olarak hareket ettirerek) cihaz boyunca kontrol etmesine olanak tanır. Bu, güvenilir bir mantıksal kübit üretmek için gerekli olan fiziksel kübit miktarında 10 kat azalmaya olanak sağladı.
Bu küçümsenecek bir şey değil. Daha fazla verimlilik elde etme konusunda ilerleme kaydeden tam işlevsel bir makine olmasa da, tam işlevsel bir kuantum bilgisayarının üretiminin altında yatan şey, mühendislik süreçlerindeki maddi verimlilik kazanımlarıdır.
Temel Bilgilerin Kanıtlanmasında İlerleme
İkincisi, daha fazla fiziksel kübit eklemenin sistemdeki genel gürültüyü artırmaktan ziyade azaltmaya yol açacağı iddiasıyla ilgili daha temel bir soruyla ilgilidir. Bu aslında bu noktada hala bir teoridir ve bugüne kadar klasik bir bilgisayarın yapamayacağı bir hesaplamayı uçtan uca gerçekleştiren tam işlevsel bir kuantum bilgisayarının bulunmadığını aklınızda tutmalısınız.
Google, daha fazla fiziksel kübit eklemenin etkisini deneysel olarak doğrulamak için Sycamore (ve daha sonra Willow) çiplerini kullanarak bir deney gerçekleştirdi. Açıkça söylemek gerekirse bu, hesaplamaların gerçekleştirildiğinin bir gösterisi değildi; yalnızca bilginin bozulmadan hafızada saklandığının bir gösterisiydi.
17 fiziksel kübitten oluşan bir paket, 49 fiziksel kübitten oluşan bir paket ve 101 fiziksel kübitten oluşan bir paketten oluşan mantıksal kübitlerin kullanımıyla, fiziksel kübit sayısı arttıkça mantıksal hata oranının, yani veri bozulma sıklığının azaldığını gösterdiler. Bu test, bağımsız fiziksel kübitlerden oluşturulan mantıksal kübitin, kendisini oluşturan herhangi bir fiziksel kübitten daha uzun süre tutarlılığı koruduğu kritik bir eşiği geçti.
Tekrar ediyorum, bu, klasik makinelerin yapamadığı hesaplamaları gerçekleştiren, tamamen işlevsel bir kuantum bilgisayarına geçiş değil, kuantum bilgisayarların altında yatan temel varsayımlardan birini kanıtlayan maddi ilerlemedir.
yapay zeka
Bu sorun alanında daha iyi çözümler bulduğumuz tek şey bunlar değil. Yapay zeka bu sistemlerin büyük bir bileşeni haline geldi. Bir kuantum bilgisayardan bilgi okuma ve kod çözme sürecinde kullanılıyor, bu da onu geniş ölçekte kullanmak için büyük bir darboğaz.
Yapay zeka aynı zamanda bu tür makineler için optimize edilmiş yeni kuantum algoritmalarının geliştirilmesinde de kullanılıyor ve matematik alanındaki büyük sorunların çözülmesine (veya hatta mevcut varsayımların çürütülmesine) yardımcı olan son dönemdeki yapay zeka dalgası göz önüne alındığında, bu gerçekten de yapay zekanın getirdiği büyük atılımların olasılığını dikkate almak için çılgınca bir sıçrama değil.
Farklı mimariler kullanılarak oluşturulan gerçek fiziksel kuantum devrelerinin tasarımında da aynı şekilde kullanılıyorlar. Bu aslında çok karmaşık bir sorundur; gecikmeyi, verimsizliği ve çözülmesi gereken diğer sorunları ortaya çıkaracak kadar çok boş alan yaratmadan, kuantum düzeyindeki gürültüyü en aza indirmek için fiziksel bir uzayda kuantum kapılarını yerleştirmenin en uygun yolunu bulmaktır.
Bu, gerekli temel sorunların çözümünde ilerlemeyi hızlandırabilecek bir faktördür.
İleriye Bakış
Sonuçta, benim görüşüme göre, bu tek bir soruya geliyor: Daha fazla fiziksel kübit eklemenin gürültüyü azalttığı varsayımı, kuantum bilgilerinin hesaplanması ve aktif manipülasyonu söz konusu olduğunda gerçekten geçerli midir?
Eğer bu varsayım geçerliyse ve yakın gelecekte deneysel olarak çürütülmezse, o zaman önümüzdeki on yıl içinde geçerli bir kuantum bilgisayarın üretilmesine ilişkin çok gerçekçi bir durum olduğunu düşünüyorum.
Bu soruna çok büyük miktarda kaynak harcanıyor, sorunun bazı parçalarını çözmede önemli (ama çok büyük olmayan) ilerlemeler var ve eğer temelde bir şeyi yapmanın bir yolu varsa, insanlar genellikle bunu buluyor.
Panik yapmanın zamanı geldiğini söylemiyorum ama olasılığı da göz ardı etmeyin.
Bu parça, Bitcoin Magazine'in en son Basılı baskısı olan The Quantum Issue'da yer almaktadır. Bunu burada, tüm sayı boyunca keşfedilen fikirlere erken bir bakış olarak paylaşıyoruz.