Чи застосовується закон Мура до квантових обчислень?

Простий і простий. Чи застосовується закон Мура до квантових обчислень, чи він подібний, але з налагодженими числами (наприклад, потрійні кожні 2 роки). Крім того, якщо закон Мура не застосовується, чому кубіти його змінюють?

Якщо взяти за визначення " кількість транзисторів у щільній інтегральній схемі подвоюється приблизно кожні два роки ", це однозначно не застосовується: як відповіли тут у " Чи мають" основні елементи схеми "відповідність квантовим технологіям? в квантовому комп'ютері не існує компонентів транзисторів як основних (а також немає фундаментальних паралельних до транзисторів).

Якщо взяти більш загальне визначення " продуктивність чіпів подвоюється приблизно на кожні 18 місяців ", питання має більше сенсу, і відповідь все-таки не застосовується , головним чином тому, що закон Мура не є одним із фундаментальних фізиків. Швидше, на ранніх етапах це було спостереження за усталеною галуззю. Пізніше, як вказувалося в коментарі, [1] він був описаний як функціонування як " розвивається ціль " і як " самореалізаційне пророцтво " для цієї ж галузі.

Ключовим є те, що у нас немає стабільної галузі, яка виробляє квантові комп'ютери. Ми не в квантовому еквіваленті з 1965 року. Імовірно, ми рухатимемося швидше, але в багатьох аспектах ми швидше знаходимося в XVII-XVIII століттях. В перспективі перевірте цю шкалу обчислювальної техніки до 1950 року .

Для більш продуктивної відповіді є кілька принципових відмінностей та кілька можливих паралелей між класичним та квантовим обладнанням у контексті закону Мура:

• Для багатьох архітектур у певному сенсі ми вже працюємо з найменшою можливою складовою. Хоча ми можемо розробити іонні пастки (фіксованого розміру), що вміщують більше іонів, але ми не можемо розробити менші іони: вони мають атомний розмір.
• $2^n$
• Саме тому, що проблема масштабованості є однією з найскладніших проблем, які ми маємо з квантовими комп’ютерами - а не просто з більшою кількістю кубітів, купувати також можливість їх переплутати - небезпечно екстраполювати з поточного прогресу. Дивіться для ілюстрації історію ЯМР квантових комп'ютерів , які застопорилися після дуже раннього успіху. Теоретично збільшення кількості кубітів у пристрої було тривіальним. На практиці щоразу, коли ви хочете мати можливість контролювати ще 1 кубіт, вам потрібно подвоїти роздільну здатність вашої машини, що стає дуже нездійсненним дуже швидко.
• Якщо і коли буде галузь, яка покладається на розвивається технологію, яка здатна виробляти якусь інтегровану квантову мікросхему, то так, тоді ми зможемо провести реальну паралель закону Мура. Для смаку того, наскільки ми далекі від цієї точки, див. Чи є якісь оцінки щодо того, наскільки складність квантової інженерії масштабується з розміром?

[1] Дякуємо Себастьяну Мачу за це прозріння та посилання на вікіпедію . Більш детальну інформацію про це дивіться у розділі Поєднання нових технологій: Дослідження створення соціотехнічного порядку під редакцією Cornelis Disco, Barend van der Meulen, p. 206 і Гордон Мур говорить алоха до Закону Мура .

tl; dr - Закон Мура не обов'язково застосовуватиметься до галузі квантових обчислень. Вирішальним фактором може бути, якщо виробничі процеси можуть бути ітеративно вдосконалені, щоб експоненціально збільшити щось аналогічне кількості транзисторів або приблизно пропорційне продуктивності.

Передумови: Закон Мура і чому він працював

Важливо зазначити, що закон Мура стосувався кількості транзисторів в інтегральних мікросхемах високої щільності, а не працездатності та швидкості електроніки, незважаючи на загальні приблизні зміни закону Мура.

Закон Мура - це спостереження, що кількість транзисторів у щільній інтегральній схемі подвоюється приблизно кожні два роки.

- "Закон Мура" , Вікіпедія

Обсяг транзистора зменшився вдвічі приблизно кожні два роки.

Тоді виникає питання, чому транзистори змогли так швидко скорочуватися?

Це було багато в чому тому, що транзистори в основному виготовлені з мікроскопічно виготовлених проводів в інтегральній схемі, і в міру прогресування технології виготовлення ми мали змогу робити все менші та менші дроти:

     .

Процес виготовлення божевільних дрібних проводів в інтегральній схемі зайняв багато дослідницьких ноу-хау, тому люди в промисловості в основному ставили собі за мету ітеративно вдосконалити свої процеси виготовлення з такою швидкістю, щоб підтримувати закон Мура.

Однак закон Мура зараз в основному закінчений. Наші процеси виготовлення наближаються до атомного масштабу таким чином, що фізика ситуації змінюється, тому ми не можемо просто зменшуватися далі.

Чи може закон Мура працювати для квантових компонентів?

Як зазначалося вище, закон Мура в основному закінчується зараз. Комп'ютери, швидше за все, наберуть швидкість за рахунок інших досягнень, але на даний момент ми не плануємо робити субатомні транзистори. Тож, незважаючи на сильне бажання галузі підтримувати її, це здається малоймовірним.

Якщо ми припускаємо подібну поведінку в майбутній галузі квантових обчислень, то можна припустити, що щось подібне до закону Мура може виникнути, якщо галузь опиниться в подібному положенні, де вона може ітеративно вдосконалити процес виготовлення компонентів, щоб експоненціально збільшити їх кількість (або деяку подібну метрику).

У цей час незрозуміло, які основні промислові метричні виробники квантових комп'ютерів можуть ітеративно вдосконалюватися протягом десятиліть, щоб відтворити таку тенденцію, як закон Мура, багато в чому тому, що незрозуміло, які архітектурні технології квантових обчислень можуть знайти широке розгортання, як це мають сучасні інтегральні мікросхеми.

Перше, що слід зрозуміти про закон Мура, - це те, що він не є законом у абсолютному сенсі, математично доказуваним або навіть постульованим (як закон фізики). Дійсно, саме правило було сказано, що кількість транзисторів в процесорі буде подвоюватися кожні x роки. Це можна побачити так, як значення х змінювалося з часом. Спочатку це було x = 1, потім стало x = 2, потім те, що було застосовано до (швидкість процесора), змінилося. Це виявилося корисним правилом, частково тому, що саме правило було використано для встановлення цілей для нових поколінь процесора.

Отже, немає абсолютно жодної причини, по якій закон Мура повинен застосовуватися до квантових комп'ютерів, але було б нерозумно здогадуватися, що, минувши якийсь основний поріг, число кубітів буде подвоюватися кожні y роки. Для більшості реалізацій квантових обчислень у нас ще недостатньо точок даних, щоб почати екстраполяцію оцінки на значення y. Дехто може стверджувати, що ще не ясно, чи ми знаходимося в епоху квантових обчислень «вакуумна трубка» чи «транзистор» (закон Мура починався до епохи транзистора).

Ми можемо почати спробувати екстраполяцію для деяких систем. Наприклад, D-хвиля має історію подвоєння розмірів процесора. Це почалося як y = 1, і наразі має y = 2. Звичайно, це не універсальний квантовий обчислювальний прилад. Наступне найкраще, на що ми можемо звернути увагу, - це квантовий процесор IBM. За рік комп’ютер, наявний у квантовому досвіді IBM, перейшов від 5 кубітів до 16, хоча я не думаю, що на цьому ґрунтується екстраполяція.

Простий і простий. Чи застосовується закон Мура до квантових обчислень, чи він подібний, але з налагодженими числами (наприклад, потрійні кожні 2 роки). Крім того, якщо закон Мура не застосовується, чому кубіти його змінюють?

Чудове запитання, з великими відповідями; все-таки я спробую свої сили в цьому.

Ні, у більшості квантових комп'ютерів немає кубітів, створених у кремнію; навіть деякі з них не створюються за допомогою обчислювальної літографії . Квантові обчислення є у найдавніші дні, їх неможливо порівняти безпосередньо із зрілою технологією зовсім іншого типу.

Інформація для підтримки цієї короткої відповіді:

Це запитання було задано в Physics.SE: " Розумно очікувати закону Мура щодо квантових обчислень? ", Отримавши одну відповідь; не особливо добре сприйнятий (400 переглядів за 144 дні та 1 UpVote).

Деякі називають законом Рози ; після CTO D-Wave систем. Дивіться цю статтю: " Закон про квантові обчислення Роуз - закон Мура про стероїди " або сторінку Flickr керуючого директора інвестиційної фірми Draper Fisher Jurvetson, Стіва Юрветсона: " Закон Роуза для квантових комп'ютерів ".

Діаграма трохи попереду себе, і вона застосовується до комп'ютерів квантового відпалу , вона не зовсім порівнянна з універсальними квантовими обчисленнями .

Причина Закону Мура не зовсім порівнянна, тому що він стосується транзисторів і зовсім іншого виробничого процесу, ви порівнюєте виробничий процес, який був створений на той час, з тим, де комп'ютер перебуває в його найдавніші дні, і по суті побудований вручну.

Веб-сторінка Вікіпедії так описує Закон Мура :

"Закон Мура - це спостереження, що кількість транзисторів у щільній інтегральній схемі подвоюється приблизно кожні два роки. Спостереження названо на честь Гордона Мура, співзасновника Fairchild Semiconductor та Intel, чий документ у 1965 році описував подвоєння щороку у кількість компонентів на інтегральну схему, і за прогнозами, цей темп зростання триватиме ще принаймні ще десятиліття. У 1975 році, з нетерпінням чекаючи наступного десятиліття, він переглядав прогноз вдвічі кожні два роки. Період часто котирується як 18 місяців, оскільки виконавчого директора Intel Девід Хаус, який прогнозував, що продуктивність мікросхем збільшуватиметься вдвічі кожні 18 місяців (це поєднання ефекту більшої кількості транзисторів і транзисторів). ".

Графіка Гордона Е. Мура 1965 року виглядала так:

У статті Макса Розера та Ханни Річі (2018) - « Технологічний прогрес », опублікованій в Інтернеті на веб-сайті OurWorldInData.org, пояснюється, як експоненціальні рівняння використовувались для опису всього із закону Мура, обчислювальної потужності (обидві операції в секунду та тактова швидкість * ядра * нитки), хід польоту людини або навіть послідовність ДНК геному людини.

Закон Мура - це спостереження та проекція історичної течії, а не фізичного чи природного закону . Незважаючи на те, що цей показник був стабільним з 1975 року до приблизно 2012 року, протягом першого десятиліття цей показник був швидшим. Ностальгічний погляд на перші дні персональних обчислень наведений у цій функції Ars Technica: " Створення сучасного ноутбука: поглиблений погляд на літій-іонні акумулятори, промисловий дизайн, закон Мура та інше ".

У цьому повідомленні ACM, Vol. Стаття 60 № 1: " Експоненціальні закони обчислювального зростання " автори, Деннінг та Льюїс, пояснюють:

"Як зазначалося, три види експоненціального зростання - подвоєння компонентів, швидкості та впровадження технологій" були зв'язані під заголовком Закону Мура. Оскільки початковий закон Мура стосується лише компонентів на мікросхемах, а не до систем або сімейств Технології, інші явища повинні працювати. Ми будемо використовувати термін "Закон Мура" для правила подвоєння компонентів, запропонованих Муром, і "експоненціального зростання" для всіх інших заходів ефективності, які накреслюються як прямі лінії на журнальному папері. Ефект зростання? Чи можна продовжувати очікувати експоненціального зростання обчислювальної потужності наших технологій?

Експонентне зростання залежить від трьох рівнів прийняття в обчислювальній екосистемі (див. Таблицю тут). Як зазначалося, рівень чіпів - це область Закону Мура. Однак більш швидкі мікросхеми не можуть реалізувати свій потенціал, якщо хост-комп'ютерна система не підтримує більш високі швидкості, і якщо навантаження додатків не забезпечить достатню кількість паралельних обчислювальних робіт для збереження чіпів. А швидші системи не можуть досягти свого потенціалу без швидкого прийняття спільнотою користувачів. Процес удосконалення на всіх трьох рівнях повинен бути експоненціальним; інакше системний або громадський рівень був би вузьким місцем, і ми не спостерігали ефектів, часто описаних як Закон Мура.

Підтримуючи математичні моделі, ми покажемо, що дозволяє експоненціальне подвоєння на кожному рівні. Інформаційні технології можуть бути унікальними тим, що зможуть підтримувати експоненціальне зростання на всіх трьох рівнях. Ми зробимо висновок, що Закон Мура та експоненціальне подвоєння мають наукові основи. Більше того, експоненціальний процес подвоєння, ймовірно, триватиме в різних технологіях протягом наступних десятиліть.

Самовиконання

Постійне досягнення, позначене Законом Мура, є критично важливим для цифрової економіки. Економіст Річард Г. Андерсон сказав: "Численні дослідження простежили причину прискорення продуктивності до технологічних інновацій у виробництві напівпровідників, що різко знизили ціни на такі компоненти та продукти, що їх містять (а також розширюють можливості таких продуктів). "1 Роберт Колвелл, директор відділу технологій мікросистем DARPA, повторює той самий висновок, саме тому DARPA інвестувала в подолання вузьких вузьких технологій в пост-Мурських технологіях.5 Якщо і коли закон Мура закінчиться, це вплине на економіка буде глибокою.

Тож не дивно, що стандартне пояснення закону є економічним; це стало самореалізаційним пророцтвом усіх чіп-компаній, щоб підштовхнути технологію до очікуваного експоненційного зростання та підтримання своїх ринків. Самореалізується пророцтво - це передбачення, яке змушує себе стати справжнім. Протягом більшості останніх 50-ти років обчислювальної техніки дизайнери підкреслили продуктивність. Швидше - краще. Щоб досягти більшої швидкості, архітектори мікросхем збільшували щільність компонентів, додаючи більше регістрів, функцій більш високого рівня, кеш-пам’яті та декількох ядер до однієї і тієї ж області мікросхем і того ж розсіювання потужності. Закон Мура став дизайнерською метою ".

Закон Мура мав велику допомогу, тому що формувати майбутнє та підтримувати зростання було метою тих, хто мав прибуток; не зовсім обмежений технологічними обмеженнями. Якщо споживачі хотіли чогось, інколи це було надано, а в інший час пропонувалася краща ідея; те, що було популярно (тактова швидкість), що продається з премією, а що, свого часу, було недостатньо зрозуміло (більше ядер і ниток), рекламувалося як шлях вперед.

Закон Мура був добре прийнятий, перетворившись у багато речей, як, наприклад, « Закон прискорення повернення » Курцвейла . Ось оновлена ​​версія Закону Мура (на основі графіка Курцвейла):

Інша діаграма, заснована на фактах, надана діаграмою Top500.Org експоненціального зростання потужності SuperComputer:

Стаття університету Міссурі в науці та техніці: " Прогнозування прийняття споживачами технологічних інновацій: вибір відповідних моделей дифузії для нових продуктів та послуг перед запуском " пояснює, що Модель Баса (модифікація логістичної кривої ) є надійним методом прогнозування майбутнього зростання (на основі минулих статистичних даних).

Логістична крива має повільний початок, великий середньостроковий прогрес з подальшим можливим уповільненням; часто замінюється чимось новим.

На моделях прогнозування автори мали це сказати:

" МОДЕЛІ

$m$. Це призвело до появи моделі (Bv), яка перевершила будь-яку іншу в радикальному контексті інновацій з низькими цінами. На жаль, у цьому контексті було лише одне нововведення - рекомендується додаткове дослідження, щоб перевірити життєздатність цього варіанту за допомогою більшої кількості наборів даних у різних контекстах.

Модель Simple Logistic - одна з найдавніших відомих дифузійних моделей. Це дуже основна модель, але вона чітко перевершує інші моделі в контексті справді нових інновацій з низькими цінами. Модель Гомперца не рекомендується прогнозувати розповсюдження дійсно нових або радикальних нововведень до запуску інновації. Однак модель Гомперца може бути дуже підходящою для прогнозів, сформованих вже після початку інновації. Хоча це не було в центрі уваги цього дослідження, було помічено, що розповсюдження інновацій Проекційного телебачення має ідеальну криву Гомперца.

$c$

Позиція Мура як співзасновника Intel допомогла переконатися, що він може допомогти здійснити його передбачення і зберегти його на шляху. Квантові обчислення занадто близько, щоб його генезис було просунуто вперед шляхом простого виливання на нього грошей, тому стільки шляхів до створення успішних квантових обчислювальних пристроїв гроші повинні бути розподілені з розумом, щоб отримати найбільшу вигоду з багатьох галузей, які отримали дослідження.

" Дорожня карта європейських квантових технологій " (11 грудня 2017 р.) Перераховує деякі проблеми після вступу:

" Вступ

$^N$

(1) легко розширюваний набір добре охарактеризованих кубітів

(2) час узгодженості якого досить довгий, щоб дозволити послідовну роботу

(3) і початковий стан якого можна встановити

(4). Кубітами системи можна керувати логічно за допомогою універсального набору воріт

(5) і остаточний стан можна виміряти

(6). Щоб дозволити спілкування, стаціонарні кубіти можна перетворити на мобільні

(7) і передано вірно.

Також розуміється, що для роботи будь-якого квантового комп'ютера важливо виправляти помилки, які неминучі і набагато частіше, ніж у класичних комп'ютерах.

Сьогодні квантові процесори реалізовані з використанням ряду фізичних систем. Квантові процесори, що працюють на регістрах таких кубітів, досі змогли продемонструвати багато елементарних примірників квантових алгоритмів та протоколів. Розробка в повнофункціональний великий квантовий комп'ютер стоїть перед проблемою масштабування, яка полягає в інтеграції великої кількості кубітів та виправлення квантових помилок. Для вирішення цих проблем пропонуються різні архітектурно-відмовні архітектури. Постійно зростаючі зусилля академічних лабораторій, стартапів та великих компаній є явним знаком того, що великомасштабні квантові обчислення вважаються складною, але потенційно корисною метою ".

...

Занадто багато шляхів вибору та визначення найкращого шляху вперед, щоб побудувати модель для зростання (як, наприклад, Закон Мура), і не слід очікувати такої прямої лінії.

У комп’ютері D-Wave кожне подвоєння кубітів представляє подвоєння обчислювальної потужності, для підмножини задач, для яких вона підходить, для універсальних квантових комп'ютерів кожен додатковий кубіт являє собою подвоєння потужності; на жаль, кожен кубіт повинен бути представлений декількома кубітами, щоб дозволити виправлення помилок і підтримувати узгодженість. Деякі технології, що застосовуються для реалізації кубітів, дозволяють використовувати меншу чи одиночну кількість кубітів, оскільки вони не схильні до помилок і мають більшу узгодженість та більшу надійність. Швидкість контролю також є важливим фактором при виборі технології, яку слід застосувати, і хоча це вплине на графік кривої, вона виходить за рамки відповіді, запропонованої тут.

Подальше читання: " Узгоджений контроль одиничних електронів: огляд поточного прогресу " (1 лютого 2018 р.), " Швидкий електричний контроль над ядерними спінами в напівпровідниках " (30 березня 2018 р.), " A> 99,9% -квант вірності -доточний спініт-кубіт з когерентністю, обмеженою шумом заряду "(4 серпня 2017).

Ця стаття, здається, адекватно пояснює те, що ви просите. Це показує зростання корисних кубітів у квантових комп'ютерах.

Тож виникає питання, чи можна закон Мура застосовувати і до квантових кубітів. І перші дані свідчать про те, що справді це може бути [...]

Адіабатична лінія буде прогнозом для квантових відпалювальних машин, таких як комп'ютери D-Wave. Вони дотримувались прогнозу Закону Мура до цих пір досить глибоко: D-Wave 1 на 128 кубітів у 2011 році, D-Wave 2 при 512 кубітах у 2013 році, D-Wave 2X при 1097 кубітах у 2015 році та 2048 кубітна машина у 2017 р. [...]

Фізична крива передбачає кількість фізичних кубітів, які будуть доступні. Про них є менше історичних даних, але є свідчення того, що вони теж швидко прогресують. Як приклад, IBM має 5-ти кубітну машину, яка доступна у хмарі через IBM Quantum Experience, а Google продемонструвала 9-кубітну машину. Обидві ці компанії та інші заявили, що ці щільності швидко зростатимуть, тому фізична крива підтримує темп покращення подвоєння щороку протягом наступних 10 років та подвоєння кожні два роки після цього.