Sürekli değerlerle “olasılıklı, evrensel, hataya dayanıklı kuantum hesaplama” mümkün müdür?

Bilimsel topluluk içinde KLM'nin öncülediği " doğrusal optik kuantum hesaplama (LOQC) " adı verilen optik araçları kullanarak "evrensel, hataya dayanıklı" kuantum hesaplama yapmanın mümkün olduğuna dair yaygın bir inanç gibi görünmektedir. Laflamme, Milburn). Ancak, LOQC yalnızca sıfır veya bir foton içeren ışık modlarını kullanır, daha fazlasını değil.

Sürekli ışık modları, tanım gereği, birden fazla foton içerir. Kağıt sürekli Değişkenler olasılıksal Hata Toleranslı Evrensel Kuantum Hesaplama ve Örnekleme sorunlar Douce et al. (2018) [quant-ph arXiv: 1806.06618v1] , "olasılıksal evrensel hataya dayanıklı" kuantum hesaplamanın sürekli sıkılmış ışık modları kullanılarak da yapılabileceğini iddia ediyor. Kağıt daha da ileri gidiyor ve sürekli modlar kullanarak kuantum üstünlüğünü göstermenin mümkün olduğunu iddia ediyor. Aslında makalenin özeti şöyle diyor:

Ayrıca, bu modelin, polinom hiyerarşisi çökmediği sürece, klasik bir bilgisayarla verimli bir şekilde simüle edilemeyen örnekleme problemleri sağlayacak şekilde uyarlanabileceğini gösteriyoruz.

Seth Lloyd ile birkaç makale yazdığı için güvenilirliği olan Xanadu adında bir kuantum bilgi işlem girişimi , sonuçta sürekli ışık modlarıyla kuantum hesaplama yapabileceğini ve bazı görevleri klasik bir bilgisayardan daha iyi gerçekleştirebileceklerini iddia ediyor gibi görünüyor. .

Yine de, yaptıkları şey analog hesaplama gibi görünüyor (analog hesaplama için hataya dayanıklı hata düzeltmesi mümkün mü?). Ayrıca sıkma ve yer değiştirme operasyonları kullanırlar. Bu tür operasyonlar enerjiyi korumaz (bir modun sıkılması veya yer değiştirmesi enerjisini değiştirebilir), bu nedenle bu tür operasyonlar, muhtemelen çevreye çok fazla gürültü getirebilecek makroskobik miktarlarda (niceliklendirilmemiş miktarlarda) enerji alışverişini gerektiriyor gibi görünmektedir. qc. Ayrıca, sıkma küçük laboratuvar değerleri için laboratuarda elde edilmiştir ve evrensellik iddiası, kaynak olarak keyfi büyük sıkma gerektirebilir.

Benim sorum şu: Bu insanlar çok iyimser mi, değil mi? Laboratuvarda sürekli ışık modlarıyla gerçekçi bir şekilde ne tür hesaplama yapılabilir?

Başlamak için " Sürekli değişkenli kuantum bilgileri (cv) " hakkındaki bu incelemeyi okumanızı öneririm . CV mimarisi ile sorularınızın çoğunu kapsar. Çok büyük bir derleme olduğundan, bu makaleyi okuyup tekrar gözden geçirerek hatırlayabildiğim sorularla sorularınızı yanıtlamaya çalışacağım.

Ayrık değişkenler (dv) için, daha önce de belirttiğiniz gibi, Knill ve Laflamme LOQC'ye öncülük ettiler. Ancak bu yaklaşım, cv ışınlanmasının gerçekleştirilmesi teklifinden kısa bir süre sonra Braunstein ve ark. CV kuantum hata düzeltme kodlarının sadece lineer optikler ve sıkıştırılmış ışık kaynakları kullanılarak uygulanabileceğini gösterdiler .

Şimdi bu tür kuantum bilgisayarın evrenselliğine geldiklerinde, gazetede elektromanyetik alanın genlikleri için evrensel bir kuantum bilgisayarın doğrusal optikler, sıkıcılar ve en az bir tane daha doğrusal olmayan optik eleman kullanılarak oluşturulabileceğini de gösterdiler. Kerr etkisi olarak (pg.48 ~ 50).

Onların kanıtlarını olabildiğince sözlü olarak özetlemeye çalışacağım.

1) Evrensel qcs için, mantıksal işlemlerin kubit mantık kapıları biçiminde sadece birkaç değişkeni etkileyebileceği ve bu kapıları istifleyerek, bu değişkenlerin sınırlı sayıda üzerinden herhangi bir kesinlik derecesine kadar herhangi bir birimsel dönüşümü etkileyebileceği doğrudur. .

2) Tartışma şudur ki, tek bir cv üzerinde bile keyfi bir birimsel dönüşüm tanımlamak için sonsuz sayıda parametre gerektirdiğinden, tipik olarak herhangi bir sonlu kuantum işlemi ile yaklaşılamaz.

3) Bu sorun, Hamiltonyanlar (cvs'ye karşılık gelen operatörlerin polinom fonksiyonları olan) dönüşümlerin çeşitli alt sınıfları için cvs üzerinden evrensel kuantum hesaplama kavramının gösterilmesiyle ele alınmaktadır. Bir dizi sürekli kuantum işlemi, işlemlerin sınırlı sayıda uygulamasıyla, kümedeki herhangi bir dönüşüme keyfi olarak yaklaşabiliyorsa, belirli bir dönüşüm kümesi için evrensel olarak adlandırılacaktır.

4) Sonuç, EM alanları için ikinci dereceden Hamiltoncuları inşa etmenin çok uzun bir matematiksel kanıtıdır.

Sorunuzu cevaplamak için, bahsettiğiniz gibi, ışığın sıkılması qc'ye harici gürültü eklese de, aynı gürültüyü düzeltmek için hata için kullanılabileceğine inanıyorum. Bununla birlikte, kuantum hızlanma iddiası, keyfi bir polinom Hermitian Hamiltonian tarafından verilen (tümleşik cv kuantum hesaplaması yapmak için gerekli olduğu gibi) tüm üniter dönüşümleri üretmek için, kanonik operatörlerde homojen olmayan kuadratik.

Bu doğrusal olmayan dönüşümler cv algoritmalarında kullanılabilir ve herhangi bir klasik süreç üzerinde önemli bir hızlanma sağlayabilir.

Sonuç olarak, evet cv kuantum hesaplaması iyimser görünüyor, çünkü bu noktada çoğu teorik. "Sıkıştırılmış durum EPR dolanması", "tutarlı durum kuantum ışınlanması" vb. Gibi cv mimarisinin sadece birkaç deneysel doğrulaması vardır. bazı görevler için daha fazla olmasa bile ayrı meslektaşları kadar etkili olma potansiyeline sahiptir.