Kuantum bilgisayar neden normal bir bilgisayardan daha hızlıdır?

Şu anda kuantum fiziği hakkında bir kitap (ve pek çok wikipedia) okuyorum ve henüz kuantum bir bilgisayarın bugün sahip olduğumuz bilgisayarlardan daha hızlı olabileceğini henüz anlamadım.

Kuantum bir bilgisayar, üstel bir zamanda, klasik bir bilgisayarın ancak üstel bir zamanda çözebileceği bir sorunu nasıl çözebilir?

Kuantum bilgisayar kendi başına daha hızlı değildir. Bunun yerine, farklı bir hesaplama modeline sahiptir . Bu modelde, mümkün olan en hızlı (veya bazı problemler için bilinen en hızlı) klasik algoritmalardan asimptotik olarak daha hızlı olan bazı (hepsi değil!) Problemleri için algoritmalar vardır.

Quantum'un Sınırlarını Scott Aaronson'dan okumanı öneriyorum : kuantum bilgisayarlardan tam olarak ne bekleyebileceğimizi açıklayan popüler bir makale.

Temel fikir, kuantum cihazlarının aynı anda birkaç durumda olabileceğidir. Tipik olarak, bir parçacık aynı anda hem yukarı hem aşağı doğru dönebilir. Buna süperpozisyon denir. N parçacığını birleştirirseniz, durumu üst üste getirebilecek bir şeye sahip olabilirsiniz . Sonra, bolean işlemlerini üst üste olan durumlara (veya üst üste gelen sembollere) genişletmeyi başarırsanız, aynı anda birkaç hesaplama yapabilirsiniz. Bunun kısıtlamaları vardır ancak bazı algoritmaları hızlandırabilir. Bir büyük fiziksel problem, daha büyük sistemlerde süperpozisyonu korumanın daha zor olmasıdır.$2^n$

kuantum algoritmalarının hem teorik hem de uygulamalı seviyelerde "klasik" algoritmalardan daha hızlı olup olmayacağı konusundaki son araştırmalara açık bir sorundur. karmaşıklık teorisinde bu soruya yansır, örneğin BQP =? P yani kuantum hesaplama "P" sınıfının klasik P (Polinom zamanı) sınıfına denk olup olmadığı ve bununla ilgili birçok açık soru var.

Çok ilginç ve önemli bir veri noktası var: ödüllü Shors algoritması P kuantum zamanındaki sayıları etkiliyor , ancak P-zaman klasik faktoring algoritmasının olup olmadığı hala bilinmiyor.

Geçtiğimiz birkaç yıl boyunca yeni bir yön belirleme, adbatik kuantum hesaplamada , qbit aktarımını içeren diğer standart yöntemlerden daha kolay uygulanabilen / tasarlanan işlerdir (ancak yine de uygulanması son derece güçtür).

Bugüne kadar inşa edilmiş tek kuantum bilgisayar (lar) Dwave sistemleri tarafından üretildi ve şu anda gerçek kuantum etkileri ve performansı ile ilgili yoğun bilimsel inceleme ve tartışmalara tabi; Klasik kod tamamen (insan / el) optimize edildiğinde çok pahalıdır ve temel olarak bir masaüstü bilgisayardan daha iyi performans göstermez. ancak, şu ana kadar uygulanmış teknik / mühendislik / mühendislik ilerlemesi seviyelerine yakın hiçbir yerde başka hiçbir şirket, hükümet veya üniversite araştırma kurumu göründüğü söylenemez.

Bilimsel görünüm andan & bazı bilimsel olarak bulutlu uzmanlar / eleştirmenler / şüpheciler örn Dynakov uzun bir süredir / kuvvetle iddia ölçeklenebilir QM bilgisayarlar olacak asla nedeniyle aşılmaz teknik zorluklar ve / veya bariyerlere hayata.

Kuantum gücünün bile kendi sınırları olduğunu söyleyen bir kanıtım var.

Quantum Computers, bir kilobit qbit'e ulaşmayı bile çok zor buluyor. Ama sadece oraya ulaşsalar bile, oldukça güçlü.

16384 qbit, 128 zaman boyutunu 128 zaman adımına, tam kapsamlı aramaya, şaşırtıcı, 100 zaman adımına 100 boyut olasılık ağacına dönüştürecekti !!! ancak yakın gelecekte kuantum için bu miktardan daha fazlasını beklemeyin.

Kuantum sistemi, çevresel kısıtlamalarla belirlenen farklı olasılıklarda kuantum halde / durumlarında bulunan bir sistemdir. Bir kuantum bilgisayarının bir n-bit kuantum sisteminin tüm durumlarını içerdiğini varsayarsak, bu durumlardan birinin çıkarılması sistemi durumlardan birine daraltır. Bu, yinelemesiz bir kova aramak için O (1) kullanarak karma işlevine benzer. İki şeye ihtiyaç vardır, n-bit sistemlerinin kuantum depolanması ve gereken durumu çökertmek için karma benzeri bir işlev. Kısıtlamalar, n-bit sistemini istenen duruma çökertmek için farklı karma işlevlerinin rolünü oynar.

Bunu şu şekilde düşünün: Çok sayıda bireysel alt davayı çözerek çözülebilecek problemler var [örnek: deneme bölünmesine göre faktoring]. Bu problemlerin, alt davaları birbiri ardına çözmesi gerekip gerekmediğini çözmek uzun zaman alır. Tüm alt davaları paralel olarak çözmek için yeterli donanım sağlayabiliyorlarsa, çok daha hızlı bir şekilde çözülebilirler, ancak bu gerekli değildir, çünkü gerekli donanım miktarı problem büyüklüğü ile artar. Quantum computing , Quantum Mechanics’in durumların üst üste binme özelliğini, yeterli donanım sağlamayı simüle etmek için kullanıyor - yani üst üste bindirmedeki her durum, alt durumlardan biri için “makine”. Bu simülasyonun yazılım tarafından değil, doğanın kendisi tarafından yapıldığını unutmayın.