“고전적인 컴퓨터는 1,000,000,000,000년 안에 숫자를 2,048비트로 분해합니다. 양자 컴퓨터 - 10초 안에 "
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— 양자 컴퓨터의 생성은 다음 중 하나입니다.XXI 세기의 물리학의 근본적인 문제. 지난 주에는 양자 컴퓨터의 원리인 양자 얽힘을 입증한 물리학자들에게 노벨상까지 수여되었습니다. 무어의 법칙(집적 회로 칩의 트랜지스터 수는 2년마다 두 배로 증가함)에 대해 알고 있다면 최근 몇 년 동안 충족되지 않았고 마이크로 프로세서 제조업체조차도 기술적인 문제에서 멀어졌습니다. 프로세스. 모두가 지금 이야기하고 있는 나노미터는 마케팅에 가깝습니다.
이제 리소그래피에 새로운 개발 분기가 있습니다.극자외선은 13.5nm의 파장에서 빛납니다. 안정적으로 얻을 수 있고 칩을 2~3nm 한계로 만들 수 있는 기록 파장으로 다양한 광학 트릭으로 회절 한계를 줄입니다. 그러나 다음에 무엇을 할지는 불분명합니다. 5-10 년의 수평선에 트랜지스터의 감소에서 막 다른 골목이 가능합니다.
다닐라 샤포시니코프
여기서 근본적인 차이가 도움이 될 수 있습니다.양자 및 고전 컴퓨팅. 고전적인 것은 순차적이고 양자적인 것은 자연스럽게 완전히 병렬 계산을 할 수 있게 해줍니다. 즉, 각 양자 비트는 시스템의 다른 양자 비트와 병렬로 계산할 수 있습니다. 이 경우 비트는 동시에 여러 상태를 가질 수 있습니다. 즉, 0과 1이 될 수 있습니다. 또는 다단계 시스템도 있지만 현재 주류는 큐비트이며 두 가지 수준이 있습니다. 컴퓨팅 성능은 시스템에 큐비트가 추가됨에 따라 기하급수적으로 증가합니다(2n). 그리고 일반적인 시스템에서는 2차로 증가합니다(n2).
현대 과학은 이해의 단계에 있으며,양자역학이란. 입자의 모든 법칙, 원자 간의 상호 작용은 양자 역학의 법칙으로 설명됩니다. 이 과학은 이전에 나온 것과 다릅니다. 예를 들어, 양자 역학에는 상태 공간의 차원이 기하급수적으로 증가하는 중첩의 원리가 있습니다.
고전적인 컴퓨터는 그것을 할 수 없습니다.시뮬레이션. 양자 컴퓨터 자체는 이러한 현상을 기반으로 하며 이러한 시스템과 함께 작동할 수 있습니다. 또한 양자 역학 시스템에는 복소수의 확률 진폭이 있습니다. 일반 컴퓨터에는 이것이 없습니다.
어떤 수를 다음으로 확장하는 문제를 취하면2048비트인 경우 기존 알고리즘은 1,000,000,000,000년에 걸쳐 이를 천 단계로 분해합니다. 그리고 쇼어의 알고리즘은 올바른 수의 큐비트를 가진 양자 컴퓨터가 있다면 107단계(약 10초)로 수행할 것입니다. 지금까지 그러한 양자 컴퓨터는 없지만 기존 컴퓨터가 수행하는 데 엄청난 시간이 걸리는 작업을 이미 수행할 수 있는 컴퓨터는 없습니다.
- 양자 컴퓨터가 이미 부여된 희망을 정당화할 수 있을까요?
먼저 양자 컴퓨터를 만드는 데 필요한 것이 무엇인지 이해합시다. 물리학자 David di Vincenzo는 다섯 가지 기본 기준을 정확하게 명시했습니다.
- 큐비트가 무엇인지 정의합니다. 그들은 다릅니다. 오늘날 원자, 이온, 초전도체, 광자에 대한 몇 가지 잘 알려진 플랫폼이 있습니다.
- 중첩에 큐비트를 도입할 수 있습니다.큐비트를 동시에 0과 1로 만드는 방법을 이해합니다. 각 플랫폼에서 중첩에 대한 소개는 별도의 작업이며 이는 서로 다른 물리적 원리에 의해 수행될 수 있습니다.
- 큐비트와 양자 얽힘을 생성하고, 이를 제어하고, 이를 기반으로 게이트를 구축해야 합니다.
- 이 일관된 상태를 가능한 오래 유지하십시오.
- 양자 컴퓨터에서 측정하십시오.
예를 들어 큐비트를 측정하면 상태가 변경되고 복제할 수 없습니다.또는 노이즈, 전자파, 입자는 시스템에 나쁜 영향을 미치므로 대부분의 플랫폼이 냉각됩니다.소음과 먼지의 영향을 최소화하기 위해 전체 시스템을 저온으로 설정합니다.이 모든 것이 양자 컴퓨터의 생성을 복잡하게 만들기 때문에 이제 최대 약 130개의 큐비트가 있습니다.예를 들어, IBM은 128큐비트 시스템을 출시했습니다.
양자 컴퓨터 개발의 모든 단계 뒤에는 많은 엔지니어링 복잡성이 있습니다.
그러나 물리적뿐만 아니라 논리적큐비트. 차이점은 무엇입니까? 양자 컴퓨팅의 정확도는 99.9999999999999% 정도여야 합니다. 그러면 매우 높은 것으로 간주됩니다. 그러나 오늘날 그것은 90 %에서 99 %로 뜨며 매우 낮은 매개 변수이며 도움으로 정확하게 계산하기 어렵고 오류 비율이 높을 것입니다. 원하는 수준을 달성하기 위해 그들은 논리적 큐비트를 만듭니다. 즉, 많은 물리적 큐비트에서 하나의 논리적 큐비트, 프로그램 오류 수정 프로토콜, 알고리즘을 만들고 이것이 높은 정확도의 하나의 큐비트임이 밝혀졌습니다. 비율.
따라서 양자 컴퓨터가 만들어져야 하는 물리적 큐비트로 돌아가 보면, 업계는 약 10개의 논리적 큐비트로 구성된 초기 단계에 있습니다.앞으로 몇 년 안에 100개의 논리 큐비트 수준에 도달할 수 있을 것으로 예상합니다.이를 통해 이미 경로 최적화, 임상 테스트, 임상 데이터의 합성 생성, 양자 시뮬레이션의 근접화, 재무 포트폴리오 최적화와 같은 흥미로운 작업을 수행할 수 있습니다.비교를 위해 RSA 알고리즘을 해독하는 데 약 1,000개의 논리 큐비트가 필요합니다.
이 시점에서 우리는 약간의 여담을 하고 오늘날 양자 컴퓨팅에 한 가지 어려움 이 더 있다고 말할 필요가 있습니다: 양자 메모리는 아직 발명되지 않았습니다.따라서 향후 10년 동안 양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨터와 함께 작동할 것입니다.
전략적 장기 목표는 범용 양자 컴퓨터를 만드는 것입니다. 이를 위해서는 10,000개 이상의 논리 큐비트, 다중 큐비트 게이트의 안정적인 제어 및 양자 메모리가 필요합니다.
양자 컴퓨터는 무엇을 바꿀 것인가?
"그들은 예를 들어 생명 과학과 같은 광범위한 문제를 해결할 수 있습니다.현재로서는 적당히 복잡한 분자 화합물도 모델링할 수 없습니다.따라서 과학자들은 합성 분자를 만들고 끊임없이 실험하고 있습니다.시뮬레이션은 분자 시스템의 크기와 정확도 매개변수에 의해 심각하게 제한됩니다.이 때문에 신약을 만드는 데 약 10년이 걸립니다.그리고 양자 역학 시스템을 시뮬레이션할 수 있는 양자 컴퓨터는 근본적으로 속도를 높일 것입니다프로세스.
아니면 그들은 지금 단백질 접힘을 하려고 하고 있습니다X선, 까다로운 자기 공명. 그리고 양자 컴퓨터가 있다면 이 시스템을 시뮬레이션할 수 있을 것이고 우리는 약물을 만드는 삶을 단순화할 것입니다. 우주 비행, 엔진 및 초전도 시스템을 위한 신소재 개발도 가속화될 것입니다. 20년 동안 질량당 에너지 밀도 측면에서 킬로그램당 200-250Wh 수준이었던 배터리용 새로운 전해질이 있을 것입니다. 아직 모델링을 잘 하지 못하기 때문에 더 잘할 수 없습니다.
한 번의 인터뷰로 발명할 수 있는 양자 컴퓨터의 모든 응용 프로그램을 나열하는 것조차 불가능합니다.중요한 연산(예: 푸리에 변환) 의 몇 가지 프로세스의 속도를 높일 수 있다고 해도 이미그리고 이것은 범용 양자 컴퓨터를 만들기 위한 한 단계일 뿐입니다.그래서 그런 과대 광고가 있습니다.
"하지만 그것들은 과학의 한계 내에서만 사용될 수 있다고?"
- 아니요, 모든 종류의 최적화에서 - 예를 들어 그래프 이론이 사용되는 경우. 그들은 이미 금융 포트폴리오, 경로를 최적화하고 AI 알고리즘을 최적화하는 데 사용되고 있습니다.
"큐빗은 좋지만 계산의 속도와 정확성을 의미하지는 않습니다"
- 해결 방법이 명확하지 않은 다른 문제가 있습니까? 무엇이 진행을 멈출 수 있습니까?
- 주된 것은 대규모의 큐비트 생성입니다.번호 및 바인딩, 전체 시스템의 수명. 예를 들어, 시스템 수명이 0.001초라면 중요한 것을 계산할 시간이 없을 수 있습니다. 계산의 품질을 유지하고 확장하는 방법에 대해 생각해야 합니다.
IonQ 회사를 가져 가자 - 그들은 그것에 투자했습니다.전 세계의 존경받는 투자 펀드, 심지어 공개되었습니다. 그들은 이온으로 시스템을 만들고 문제는 이온 트랩이 있지만 잡을 수 있는 이온의 수에는 한계가 있다는 것입니다. 그리고 우리는 트랩을 서로 연결하는 메커니즘을 고안해야 합니다. 여기에는 여전히 큰 문제가 있습니다. 이는 시스템 확장을 크게 방해합니다. 다른 플랫폼에도 유사한 심각한 문제가 있습니다.
장비에 여전히 문제가 있습니다. 때때로 아래에 있습니다.양자 컴퓨터는 새로운 장치를 발명해야 합니다. 예를 들어, 특수 광학, 레이저, 진공 장비, 극저온 챔버. 많은 문제가 있지만 이것이 발전의 길입니다. 마이크로 전자 공학은 이미 그것을 통과했습니다. 이것은 정상적인 현상입니다. 업계는 각각의 새로운 공정에 적응하고 새로운 전도성 금속 및 기타 발견을 발명합니다. 전체 시스템이 아직 성숙 초기 단계에 있다는 것입니다.
양자 컴퓨터를 만들 때 가장 큰 문제는 큐비트를 대량으로 생성하고 그 결합, 전체 시스템의 수명입니다.
- 비전공자로서 관심 있는 분양자 컴퓨터, 새로운 발견이 실제로 이 산업을 위한 한 걸음인지 아니면 클릭을 위한 또 다른 뉴스인지 이해하기 위해? 주의할 점은? 예를 들어 큐비트 수가 지표입니까?
- 더 알아보려고 노력하는 것이 좋다.깊은 수준. 전혀 이해하지 못한다면, 이 벤치마크는 진보의 본질을 매우 피상적으로 드러낼 것이며 때로는 당신을 오도할 수도 있습니다. 예를 들어 큐비트 수와 같이 - 실제로 이것은 좋지만 시스템이 계산할 수 있는 양과 정확도는 말하지 않습니다.
나에게는 상호 연결된 논리적 큐비트의 수, 계산의 정확성, 시스템의 수명, 실용적인 알고리즘을 계산하는 능력이 중요합니다.
— 양자 컴퓨터의 개발은 오랜 시간,비싸고 어렵습니다. 따라서 매우 제한된 수의 조직이 이를 수행하는 것으로 보입니다. 이것은 그러한 장치가 기업과 국가의 이익을 위해서만 작동한다는 것을 의미하지 않습니까?
- 어느 정도 작동하는 기계를 만든 사람들,일반적으로 클라우드 액세스에 열려 있습니다. 그리고 자신만의 양자 회로를 작성하고 알고리즘을 계산할 수 있습니다. 각 개발자는 양자 컴퓨터에서 수행할 수 있는 실제 작업의 수를 늘리는 데 관심이 있으므로 비용이 절감됩니다.
이 부문에 대한 투자 건수로 판단하면 진전이 있다는 결론을 내릴 수 있습니다.이것은 간접적인 매개 변수입니다 – 수백 명의 투자자가 투자하고 산업이 성장하고 있다면 이것은 말합니다그리고 2019년 이래로 투자 건수는3억 달러에서 23억 달러.실용적인.
그러나 동시에 80개의 조직만이 있습니다.양자 컴퓨터를 만듭니다. 그러나 수치에 따르면 15억 달러가 하드웨어에 투자되었으며 이 중 12개 회사가 가장 큰 몫을 차지했습니다. 여기에 양자 물리학, 수학 전문가가 필요하며 엔지니어는 큰 수요가 있습니다. 흥미로운 사실: 소비에트 학교는 여기에서 강력한 것으로 간주됩니다. 우리는 이 분야에서 활동 중인 260개 회사 중 많은 회사와 이야기를 나눴습니다. 그 중 20%에는 러시아 엔지니어, 물리학자 또는 수학자가 있습니다.
"큐비트의 수는 시스템이 계산할 수 있는 양과 정확도를 나타내지 않습니다."
"러시아 과학자들은 세계 과학자들보다 3~5년 뒤쳐져"
— 그리고 러시아 내부의 양자 기술은 어떻습니까?
- 설마.러시아는 2024년까지 약 10억 달러의 예산으로 양자 기술 개발을 위한 프로그램과 로드맵을 가지고 있습니다. 이 프로그램은 양자 컴퓨팅(Rosatom이 감독), 통신(러시아 철도 및 계측 센터) 및 센서(Rostec)와 같은 여러 로드맵으로 나뉩니다. Gazprombank도 양자 센터의 주요 투자자이기 때문에 이 전체 게임에 참여합니다. 예를 들어 모스크바와 상트페테르부르크 사이에 특수 양자 통신 회선이 이미 등장했습니다. 이것이 오늘날 양자 암호화의 주요 프로토콜입니다.
아마도 양자 컴퓨팅의 주요 주체는 RCC, FIAN 및 모스크바 주립 대학일 것입니다.
그들은 어떤 발전에 대해 이야기할 가치가 있습니까?
- 로드맵에 따르면 퀀텀원자, 이온, 광자, 초전도체와 같은 다양한 플랫폼의 컴퓨터. 제 느낌으로는 세계 기업보다 3~5년 뒤쳐져 있습니다. 그러나 그들은 진지한 직원과 접근 방식을 가지고 있습니다. 그들은 확실히 유용한 것을 개발할 것입니다.
— 연구원들은 기술이 통제 불능 상태가 될 것을 두려워합니까? 그들은 이미 그것을 규제하려고합니까?
- 모두가 우려하는 가운데 우리는 여전히 규제를 진행 중입니다.하드웨어 생성. 심각한 것이 나타나면 곧 제한을 받게 됩니다. 그러나 모든 사람은 자신의 데이터를 두려워합니다. 예를 들어, 이제 양자 암호화로 데이터를 보호하고 양자 컴퓨터가 데이터를 해독할 가능성을 줄이는 것이 가능합니다. 그러나 누군가가 데이터를 복사하고 양자 컴퓨터가 나타나기를 기다리고 있다면 나중에 암호를 해독할 수 있습니다. 이제 이것이 주요 관심사입니다.
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