क्वांटम कंप्यूटर कितने शक्तिशाली हैं?

Question

जैसा कि हम सभी जानते हैं कि क्वांटम एल्गोरिदम शास्त्रीय लोगों की तुलना में तेजी से बढ़ते हैं (कम से कम कुछ समस्या के मामलों के लिए ), जिसका अर्थ है कि क्वांटम कंप्यूटरों को किसी दिए गए आकार के ऊपर इनपुट के लिए बहुत कम संख्या में तार्किक संचालन की आवश्यकता होगी।

हालाँकि, यह आमतौर पर चर्चा नहीं करता है कि कैसे क्वांटम कंप्यूटर नियमित कंप्यूटर (एक सामान्य पीसी आज) की तुलना प्रति तार्किक संचालन में बिजली की खपत के मामले में करते हैं। (क्या इस बारे में ज्यादा बात नहीं की गई है, क्योंकि क्वांटम कंप्यूटर का मुख्य फोकस डेटा की गणना कितनी तेजी से कर सकता है?)

क्या कोई यह बता सकता है कि क्वांटम कंप्यूटिंग शास्त्रीय कंप्यूटिंग की तुलना में अधिक या कम बिजली-कुशल क्यों होगी, प्रति तार्किक ऑपरेशन?

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मैं कल एक सम्मेलन में था, जहां स्पीकर ने हमें एक ठोस उदाहरण दिया। स्लाइड जल्द ही उपलब्ध होंगे, मैं आपको उनके लिए एक लिंक दूंगा =) लगातार, वह शास्त्रीय प्रोसेसर और क्वांटम दोनों पर एक सरल ऑपरेशन की लागत (ऊर्जा की अवधि में) की तुलना कर रहा था। मैं तुम्हें अप टू डेट रखता हूँ!

— नेल्लीमे

यह देखते हुए कि, ~ ५० क्विट मार्क से पहले, आपको क्वांटम प्रोसेसर को अनुकरण करने के लिए एक सुपर कंप्यूटर की आवश्यकता होती है, आमतौर पर एक मानक पीसी के साथ तुलना हो सकती है शायद थोड़ा अनुचित?

— Mithrandir24601

Answer 1

हमेशा की तरह, इस तरह की तुलना करना बहुत जल्द है। एक उपकरण की बिजली की खपत एक के लिए उपयोग की जाने वाली वास्तुकला पर दृढ़ता से निर्भर करेगी ।

हालांकि, सिद्धांत रूप में , इस बात पर संदेह करने का कोई कारण नहीं है कि क्वांटम कंप्यूटर समान संचालन करने वाले शास्त्रीय उपकरणों की तुलना में अधिक ऊर्जा का उपभोग करेंगे। वास्तव में, एक को इसके विपरीत होने की उम्मीद होगी, मौलिक कारण यह है कि क्वांटम कंप्यूटर एकात्मक संचालन के माध्यम से काम करते हैं (ज्यादातर) । एक एकात्मक आपरेशन एक है प्रतिवर्ती आपरेशन, या दूसरे शब्दों, एक ऑपरेशन के दौरान जो में कोई जानकारी नहीं है पर्यावरण के लिए खो दिया है । ऐसा ऑपरेशन मूल रूप से "पूरी तरह से" ऊर्जा कुशल है (एक के लिए, यह गर्मी का उत्पादन नहीं करेगा)।

इसलिए, सिद्धांत रूप में , एक क्वांटम एल्गोरिथ्म में किए गए प्राथमिक संचालन जो एकात्मक संचालन का उपयोग करते हैं, आदर्श रूप से ऊर्जा कुशल हो सकते हैं। यह सीधे तौर पर इसके विपरीत है कि आपके पास शास्त्रीय उपकरणों के साथ क्या है, जिसमें प्राथमिक ऑपरेशन गैर-प्रतिवर्ती हैं, और इसलिए जरूरी है कि प्रत्येक ऑपरेशन के लिए कुछ मात्रा में जानकारी "बर्बाद" करें।

यह कहते हुए, वहाँ एक लाख को ध्यान में रखा जाना कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, वास्तविक दुनिया में क्वांटम कंप्यूटर्स को डिकॉयनेस से निपटना होगा, ताकि ऑपरेशन वास्तव में एकात्मक न हों। इसका तात्पर्य यह है कि त्रुटि-सुधार प्रोटोकॉल को ध्यान में रखना आवश्यक है, और किसी को तब जाकर ट्रैक करना चाहिए कि इस पूरी प्रक्रिया में ऊर्जा की खपत कितनी है। इसके अलावा, एकात्मक संचालन ऊर्जा कुशल होते हैं, व्यवहार में जब कोई माप का परिणाम प्राप्त करता है, तो माप प्रदर्शन करना पड़ता है, और ये गैर-प्रतिवर्ती संचालन होते हैं जो आम तौर पर जानकारी को नष्ट कर देते हैं। इस तरह के प्रत्येक माप के बाद, एक को फिर से सूचना वाहक उत्पन्न करने की आवश्यकता होगी। इसके अलावा, कई क्वांटम कंप्यूटिंग प्रोटोकॉल के दौरान दोहराया माप पर भरोसा करते हैंगणना। कोई भी इस पर जा सकता है, क्योंकि यह बहुत ज्यादा इलाका है।

एक हालिया काम जो बिजली की खपत की समस्या को मापने के लिए चर्चा करता है , वह है 1610.02365 , जिसमें लेखक फोटोनिक चिप्स का उपयोग करके (शास्त्रीय मशीन सीखने) सूचना प्रसंस्करण के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं। लेखकों का एक दावा है कि फोटोनिक चिप्स एक अत्यधिक ऊर्जा कुशल तरीके से संचालन करने की अनुमति देते हैं, सुसंगत प्रकाश के प्राकृतिक विकास का शोषण करते हैं। वे किसी भी रूप क्वांटम गणना का प्रदर्शन नहीं करते हैं , लेकिन क्वांटम सूचना प्रसंस्करण के लिए एक ही उपकरण का उपयोग करते समय उनकी ऊर्जा दक्षता तर्क बहुत ज्यादा नहीं बदलते हैं ।

Answer 2

पहले प्रश्न का उत्तर (क्वांटम में ऊर्जा दक्षता क्यों है बनाम शास्त्रीय जितनी गति के रूप में अक्सर चर्चा नहीं की जाती है?) है: भाग में क्योंकि समस्या कम एकतरफा और आंशिक है क्योंकि उत्तर कम चापलूसी है।

दूसरे प्रश्न का उत्तर (क्वांटम कंप्यूटर अधिक या कम ऊर्जावान रूप से कुशल हैं?) समय के साथ बदल जाएगा, क्योंकि यह विभिन्न आर्किटेक्चर के तकनीकी विकास पर निर्भर करता है।

वर्तमान समय में, क्वांटम कंप्यूटिंग स्पष्ट रूप से कम ऊर्जावान है। एक न्यूनतम शास्त्रीय कंप्यूटर को बहुत सस्ता होने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, ऊर्जा के मामले में भी (उदाहरण के लिए 1.5 W (औसत जब निष्क्रिय)) से 6.7 W (अधिकतम तनाव के तहत) एक रास्पबेरी पाई के लिए )। इसके विपरीत, एक न्यूनतम क्वांटम कंप्यूटर बनाने और संचालित करने के लिए, एक कंपित ऊर्जा लागत के साथ एक इंजीनियरिंग करतब है, भले ही क्वाइब की संख्या 100 से नीचे हो और अधिकतम संचालन की संख्या एक परिमाण में प्राप्त की गई मात्रा से कम हो। एक न्यूनतम शास्त्रीय कंप्यूटर द्वारा दूसरा।

भविष्य में, कोई भी अनुमान लगा सकता है या मूल सिद्धांतों को ध्यान में रख सकता है। आइए अटकलों से बचें और बुनियादी बातों से चिपके रहें:

• शास्त्रीय लोगों की तुलना में क्वांटम कंप्यूटरों के अधिक या कम ऊर्जा कुशल होने का कोई पूर्ण मौलिक भौतिक कारण नहीं है।
• ऊर्जा दक्षता हमेशा वास्तुकला पर निर्भर करेगी, और इस प्रकार उपलब्ध तकनीकी समाधानों पर।
• ऊर्जा खपत का मूल्यांकन करने के लिए, निष्क्रिय खपत और संचालन की लागत के बीच अंतर करना हमेशा महत्वपूर्ण होगा।

बाद के बिंदु पर विस्तृत करने के लिए, वर्तमान उपकरण, दोनों वाणिज्यिक और शैक्षणिक सेटिंग्स में भारी हैं। ENIAC- आकार नहीं, बल्कि बड़ा-से-बड़ा-फ्रिज-आकार। इसके अलावा, नियंत्रित करने के लिए उन्हें एक सहायक शास्त्रीय कंप्यूटर की आवश्यकता होती है। आकार-प्रति-क्विट बेहतर होने की उम्मीद है, एक सहायक शास्त्रीय कंप्यूटर की आवश्यकता नहीं है।

लेकिन प्रत्यक्ष विद्युत शक्ति के अलावा, अक्सर भौतिक आवश्यकताएं होती हैं जो ऊर्जा की लागत होती हैं, और जो डिवाइस को वांछित क्वांटम शासन में रखने के लिए मौलिक रूप से आवश्यक होती हैं। उदाहरण के लिए, लोकप्रिय आर्किटेक्चर में आज विभिन्न ठोस-राज्य डिवाइस शामिल हैं जिन्हें कुछ केल्विन या कम के क्रम के तापमान पर रखा जाना चाहिए। ये तापमान तरल हीलियम की मदद, जो उर्जा बहुत (क्रायोजेनिक गैसों और बिजली जैसे इलेक्ट्रॉनिक पैरामैग्नेटिक अनुनाद प्रयोगशालाओं में मुख्य लागत में से एक हैं liquify महंगा है के साथ प्राप्त कर रहे हैं इलेक्ट्रॉन चुंबकीय अनुनाद सुविधा (ईएमआर) MagLab पर , या, करीब मेरा अनुभव है, कम से स्पंदित इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद खंड में करने के लिए ICMol)। मुझे आयन / परमाणु जाल के साथ कोई अनुभव नहीं है, जो कि लोकप्रिय आर्किटेक्चर भी हैं, इसलिए जब उन्हें उच्च-गुणवत्ता वाले वैक्यूम को मंटने की आवश्यकता होती है, तो मुझे पता है कि यह अधिक ऊर्जा कुशल हो सकता है।

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क्वांटम कंप्यूटिंग एसई में आपका स्वागत है! क्या आपके पास क्रायोस्टैट या आयन जाल को ठंडा करने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा के लिए कोई संख्या है? बेशक, यह शायद भविष्य में सुधार होगा, लेकिन यह एक उचित आधारभूत देना होगा

— Mithrandir24601

विभिन्न मशीनें अलग-अलग दरों पर उसका उपभोग करेंगी, और मैं केवल मोटे तौर पर अनुमान लगा सकता हूं। एक स्पंदित ईपीआर मशीन के लिए क्रायोस्टैट (जो वास्तव में क्वांटम कंप्यूटिंग नहीं है) 100L / सप्ताह (गलत संख्या लेकिन परिमाण के अनुमानित क्रम) के क्रम में खपत करता है। और इस दस्तावेज़ के अनुसार , पुनर्प्राप्त करने के लिए एक तरलीकृत का उपयोग करके, 1kWh / L तरल की वह एक बहुत अच्छी उपज है। इसलिए दोनों अनुमानों को जोड़कर हम क्रायोस्टेट को ठंड से बचाए रखने के लिए उपभोग की> 1kW की बात कर सकते हैं।

— अगातारिनो

@agaitaarino - डॉ। अलेजांद्रो गीता एरिनो, मिथ्रानंदिर 24601 क्या कह रहा है, यह हमेशा स्पष्ट नहीं होता है कि कोई व्यक्ति क्षेत्र में विशेषज्ञ है और उसने प्रश्नपत्र लिखे या सिस्टम के साथ काम किया है। जवाब देने के लिए एक पसंदीदा प्रारूप है - जहां आप अपने काम / कागजात को प्रासंगिक बनाने के लिए स्वागत करते हैं। हम आपकी यात्रा की सराहना करते हैं, और प्रश्न का उत्तर देने में समय लगता है।

— रॉब

@ सलाह के लिए धन्यवाद! अपनी विशेषज्ञता की सीमा तक, मैंने अपने उत्तर को उन शब्दों में बदलने की कोशिश की, जो कल्पना / समझने के लिए अधिक स्पष्ट और आसान हैं। मैं बेहतर नंबर देना पसंद करूंगा, लेकिन मैं ज्यादातर एक सैद्धांतिक रसायनज्ञ हूं, इसलिए जब मैं कभी-कभी इस तरह के उपकरणों के करीब होता हूं तो मैं इसका निर्माण नहीं करता हूं।

— अगताइरिनो