Pratik kuantum bilgisayarların inşa edilemeyeceği argümanı nedir?


22

Başka bir soruya bir cevap bahseder

Orada argümanlar tür makineler [ "kuantum Turing makinası"] bile inşa edilemeyeceğini öneriyor ...

Sorunu tam olarak anladığımdan emin değilim, bu yüzden belki de doğru soruyu sormuyorum, ama işte toplayabileceğim şey bu.

Slaytlar Profesör Gil Kalai (Kudüs İbrani Üniversitesi ve Yale Üniversitesi) tarafından bir konferansta (2013'ten itibaren) sunulmaktadır . Konferansın çoğunu izledim ve iddiaya göre hataya dayanıklı kuantum bilgisayarları (FTCQ) yaratmada bir engel var ve bu engel muhtemelen fiziksel bileşenlerden mantıksal kesitler yaratıyor. (zaman damgası 26:20):

fiziksel ve mantıksal bitler arasındaki engel

Bu tür bir bariyerin nedeni, gürültü ve hata düzeltme sorunlarından kaynaklanıyor gibi gözüküyor. Ve mevcut araştırmalar gürültüyü hesaba katsa bile, bunu doğru şekilde yapmaz (anlamadığım kısım budur).

Birçok insanın (örneğin, Scott Aaronson) bu imkansızlık iddiasına kuşkuyla yaklaştığını biliyorum, ancak tartışmayı daha iyi anlamaya çalışıyorum:

Pratik kuantum bilgisayarların inşa edilemeyeceğini öne sürmenin nedeni nedir (Profesör Gil Kalai tarafından sunulduğu ve 2013'ten bu yana bir şey değişti)?



2
2013'ten bu yana bir şey değiştiyse soru ile ilgili olarak: Kindler'la yaptığım 2014 makalem, hata oranının neden hata toleransı eşiğinin altına indirilemediğine dair bir tartışma sunuyor. Bu argüman (Sanket'in cevabına, alıntılarına ve bağlantılarına yansıyan), 2013'ten önce yoğun olarak okuduğum hata-ilişki konusuna değinmiyor. Değişen başka bir şey de, görüşümü test eden deneylerin şimdi gerçekleştiği.
Gil Kalai

@GilKalai Güncelleme için teşekkür ederiz, orijinal yazara bir yanıt almak her zaman bir onurdur
BurnsBA


Craig Gidney tarafından iyi bir okuma: Neden Quantum Bilgisayarlar Yavaş Olacak?
Thomas Klimpel

Yanıtlar:


9

Eğer amacınız Gil Kalai'nin argümanlarını anlamaksa, aşağıdaki blog yazısını tavsiye ederim: Kuantum Bilgisayarlara Karşı Argümanım: Quanta Dergisi'nde Katia Moskvitch ile söyleşi (ve oradaki bağlantılar).

İyi bir önlem olarak, 21. Yüzyılın Daimi Hareketi'ne de atacağım. (özellikle yorumlar). Ayrıca Aram Harrow ile Kuantum Tartışmalarım: Zaman Çizelgesi, teknik Olmayan Öne Çıkanlar ve Flashbacks I ve Aram II ile Kuantum Tartışma bölümündeki önemli noktaları görebilirsiniz . Sonunda, henüz yapmadıysanız, Scott Aaronson'un Tanrı'nın zar oynayıp oynamamasına bakın, anlıyorum .

İlk olarak, Kalai'nin Bildirimleri makalesinde görüşünün kısa bir özeti (ayrıca bkz. The Quantum Computer Puzzle @ AMS Bildirimleri ):

Gürültü varlığında kuantum bilgisayarları anlamak, farklı ölçeklerde davranışların dikkate alınmasını gerektirir. Küçük ölçekte, 90'ların ortalarından gelen standart gürültü modelleri uygundur ve bunlar tarafından açıklanan kuantum evrimleri ve durumları çok düşük seviyeli bir hesaplama gücünü ortaya koymaktadır. Bu küçük ölçekli davranış, gürültülü kuantum sistemlerinin daha büyük ölçeklerde davranışı için geniş kapsamlı sonuçlara sahiptir. Bir yandan, kuantum hata toleransı ve kuantum üstünlüğü için başlangıç ​​noktalarına ulaşılmasına izin vermez, bu da her ikisini de tüm ölçeklerde imkansız kılar. Öte yandan, gürültüyü daha büyük ölçeklerde modellemek için yeni örtülü yollara ve gürültülü kuantum sistemlerinin davranışı hakkında çeşitli tahminlere yol açmaktadır.

İkincisi, neden klasik hata düzeltmenin mümkün olduğunu düşündüğü hakkındaki son bir tartışma , ancak kuantum hata düzeltmesi değildir.

Çok ilkel hesaplama gücü ile desteklenen tekrarlama / çoğunluk mekanizmalarının aksine, kuantum hatasını düzelten bir kuantum hatası oluşturmak ve kuantum üstünlüğünü göstermenin daha kolay bir görevi, hesaplama karmaşıklığı açısından çok düşük seviyeli cihazlar tarafından gerçekleştirilmez.

(Aram Harrow ile belirtilen konuşma şeyden önce, bir de işaret eğer birisi, doğrudan o bile klasik hata düzeltme mümkün olmadı kalai başlangıçtaki argümanları almaya olduklarını.)

Görevde Kalai, ilkel bir kuantum bilgisayarının hata düzeltmesi yapamayacağını iddia etti.

S: Peki neden 50 kubitlik evrensel kuantum devrelerine izin verecek kadar iyi kubitler oluşturamıyorsunuz?

C: Bu, çok ilkel cihazların (hesaplama karmaşıklığının asimptotik davranışı anlamında) üstün hesaplama yapmasını sağlayacaktır.

Kalai ayrıca, topolojik kuantum hesaplamanın neden işe yaramayacağı konusunda bir konferans verdi ( YouTube ).


5

S: "Pratik kuantum bilgisayarların inşa edilemeyeceğini önerme sebebi nedir ( Profesör Gil Kalai tarafından sunulan ve 2013'ten beri bir şey değişti)?".

Prof. Kalai, " 21. Yüzyılın Daimi Hareketi " başlıklı röportajında :

“Kuantum sistemleri için, genel olarak kuantum hallerinin tam kopyalarını yapamama gibi özel engeller var. Bununla birlikte, hata düzeltme teorisinin büyük bir kısmı devralındı ​​ve ünlü eşik teoremi hataya dayanıklı kuantum hesaplamanın olduğunu gösteriyor (FTQC) belirli koşullar yerine getirilirse mümkündür .. En çok vurgulanan durum, mutlak hata oranı için bir eşik belirler, biri hala mevcut teknolojinin elde ettiğinden daha yaklaşılabilir olan ancak yaklaşılabilir olandan daha katı bir emirdir. hatalar, bu şemaların çalışması veya başa çıkabilecekleri ile sınırlı korelasyonları için yeterli bağımsızlığa sahip. "

" Kuantum Bilgisayarlar: Gürültü Yayılımı ve Çekişçi Gürültü Modelleri " başlıklı daha önceki bir makalesinde şöyle diyor:

Sayfa 2: "Hesaplamalı üstün kuantum bilgisayarların fizibilitesi, günümüzün en büyüleyici bilimsel sorunlarından biridir. Kuantum bilgisayar fizibilitesine ilişkin temel kaygı kuantum sistemlerinin doğası gereği gürültülü olmasıdır. Kuantum hatası düzeltme ve hataya dayanıklı kuantum teorisi hesaplama (FTQC), kuantum bilgisayarların inşa edilme olasılığı için güçlü bir destek sağlıyor. Bu yazıda, kuantum hesaplanmasında başarısız olabilecek olumsuz gürültü modellerini tartışacağız. Bu makale, kuantum bilgisayarlarının uygulanabilirliği üzerine kuantum hatası düzeltme ve şüphecilik eleştirisi sunmaktadır. "

Sayfa 19: “Dolayısıyla asıl mesele, taze (veya sonsuz) gürültü işlemlerini anlamak ve tanımlamaktır. Burada göz önüne aldığımız olumsuz modeller, taze gürültü modelleri olarak kabul edilmelidir. Taze gürültü modellerimiz için bir çeşit “rol model”.

FTQC’nin ortak resmi şöyledir:

  • Taze geçit / litre hatalarını belirli bir eşiğin altına düşürebilirsek hata toleransı işe yarar. Bu durumda hata yayılımı engellenir.

Önerdiğimiz şey:

  • Hata toleransı işe yaramaz çünkü genel hata, standart hata yayılımı için (hata yayılmasına izin veren devreler için) birikmiş hatalar gibi davranacaktır, bununla birlikte hata yayılması gerekmemektedir.

Bu nedenle, gürültülü kuantum bilgisayarların uygun bir şekilde modellenmesi için, taze hataların standart hata yayılımı için (hata yayılmasına izin veren devreler için) birikmiş hatalar gibi davranması gerekir.

(Sonuç olarak, sonunda hata yayılımından kaçınamayacağız.) ".

Sayfa 23: "HEDEF B: Çok karışık durumda herhangi bir gürültülü kuantum bilgisayarda, hata senkronizasyonunun güçlü bir etkisi olacaktır.

Bu noktada, doğru ise, bu varsayımların neden zarar verdiğini gayrı resmi olarak açıklamalıyız. Konjuge B ile başlıyoruz. FTQC için gereken hata düzeltme kodlarını uygulayan kuantum bilgisayarların durumları oldukça karışıktır (herhangi bir resmi “yüksek dolaşma” tanımı ile). B varsayımı, her bilgisayar döngüsünde, hatalı bitlerin sayısının eşikten çok daha büyük olması ihtimalinin küçük fakat önemli bir olasılığının olacağı anlamına gelecektir. Bu, hatalı litre sayısının, eşikten çok daha büyük olma ihtimalinin, litre sayısıyla birlikte üssel olarak azaldığı standart varsayımların aksinedir. Hatalı olmak üzere çok sayıda bölmenin küçük ama önemli bir olasılığına sahip olmak, kuantum hata düzeltme kodlarının başarısız olması için yeterlidir. "

Ayrıca bakınız makalesi: " Kuantum Bilgisayarları Nasıl Başarısız?: Kuantum Kodları, Fiziksel Sistemlerde Korelasyonlar ve Gürültü Birikimi ".

Birçok insanın ilgisini çeker ve çok şey değişti, bu Wikipedia sayfasına bakın: " Kuantum Eşik Teoremi " ya da " Topolojik Olarak Kodlanmış Bir Qubit Üzerine Deneysel Kuantum Hesaplamaları ", bu yazının, kuantum metrolojisi üzerine, yazarların iddia ettiği gibi: metrolojik kuantum kaynakları olarak tutarlılık ve dolaşma, atış gürültüsünden veya kuantum sınırından Heisenberg sınırına kadar ölçüm hassasiyetini iyileştirmeye izin verir. " Makalelerinde : " Ekonon qutritli kuantum metrolojisi " ek boyutlar kullanılarak.


3

Argümanlarının özellikleri hakkında yorum yapamam çünkü bunları tam olarak anladığımı iddia etmiyorum. Ancak genel olarak, kuantum mekaniğinin Hilbit uzayının derinliklerinde olan birçok qubit sistemi ve durumu için geçerli olmaya devam edip etmeyeceğini merak etmeliyiz.

Fizik tamamen doğayı gözlemlemek, teorileri inşa etmek, teorileri onaylamak ve sonra nerede parçalandıklarını bulmakla ilgilidir. Sonra döngü tekrar başlar.

Mevcut kuantum işlemciler kadar temiz, iyi kontrol edilmiş ve büyük kuantum sistemlerine sahip olmadık. 'Üstünlüğü' kaldırabilen cihazlar, mevcut deneyimlerimizden daha da ileride. Bu nedenle, QM'nin bu açılmamış köşesinin her şeyin dağıldığı yerde olup olmadığını merak etmek geçerlidir. Belki de, düzeltilemez bir gürültü şekli olarak etkili bir şekilde hareket eden yeni “kuantum sonrası” etkiler ortaya çıkacaktır.

Elbette, çoğumuz olacağını düşünmüyoruz. Ve umarız da olmaz, yoksa kuantum bilgisayar olmaz. Bununla birlikte, yanlış olma ihtimalimize açık olmalıyız.

Kuantum hesaplamanın başarısız olacağını düşünen azınlık da yanlış oldukları fikrine açık olmalıdır. Umarım, 'Bell ihlali inkarcıların' yeni markası olmayacaklardır.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.