Kuantum hesaplama ne işe yarar?


14

Bu sitedeki çoğumuz kuantum hesaplamanın işe yarayacağına inanıyoruz. Ancak, şeytanın avukatı oynayalım. Aniden evrensel bir kuantum bilgisayarına doğru daha fazla gelişmeyi engelleyen bazı temel tökezleme bloğuna çarptığımızı düşünün. Belki de tartışma uğruna 50-200 qubitlik bir NISQ cihazı (Gürültülü, Orta Ölçekli Kuantum) ile sınırlıyız. (Deneysel) kuantum hesaplama çalışması aniden durur ve daha fazla ilerleme kaydedilmez.

Kuantum bilgisayarların çalışmasından ne kadar iyi çıktı?

Bununla, en açık aday olan Kuantum Anahtar Dağıtımı olmakla birlikte diğer alanlara da beslenen teknik sonuçlar olan gerçekleştirilebilir kuantum teknolojileri demek istiyorum. Sadece bir öğe listesinden ziyade, her birinin kısa bir açıklaması takdir edilecektir.


2
İken bu soruyu açıkça bazı ek fon motivasyonla istendi, hiç şüphesiz denemek ve bir şey sormak istiyorum, bu yüzden şimdiye kadar bu sitede en başarılı sorulardan biri olmuştur benzer yönde kafaları ancak gizli gündemi olmadan. Etmiştir
DaftWullie

Aynı soruda Evrensel Kuantum Bilgisayarı ve Kuantum Anahtar Dağıtımından bahsediyorsunuz , ancak benim anlayışım, Kuantum Anahtar Dağıtımının , her ikisi de dayalı olması dışında evrensel bir kuantum bilgisayarı ile gerçekten ilişkili olmayan 2 nokta arasında sadece güvenli bir iletişim yöntemi olduğudur . Kuantum mekaniği.
JanVdA

1
Uzun bir cevap için zamanınız yok, ancak kuantumdan ilham alan klasik algoritmalar bazı ciddi ilerlemeler kaydediyor. E Tang ve Katzgraber'ın çalışmalarına bakın.
Andrew O

Yanıtlar:


6

Benzer teknolojiyi kullanan birçok ilginç uygulama var. Kuantum hesaplama için çalışan birçok laboratuvar da bu uygulamalarla makaleler yayınlamaktadır.

İşte bazıları:

Tamamen optik hesaplama. Şahsen, bunun sinir ağlarını (ve matris çarpımı ve doğrusal olmayan fonksiyonları içeren diğer algoritmaları) hızlı bir şekilde işlemek için yararlı olduğu gösterildiğinden, bunun kuantum hesaplamadan daha fazla potansiyele sahip olduğunu düşünüyorum . Bu çip üstü sistemler, ölçüm tabanlı doğrusal kuantum hesaplama ile aynı laboratuvarlarda (ve aynı kişilerde) yapılır . Yarı iletken saat hızlarından daha hızlı çalışabilen sistemler tasarlamak, ışık kullanarak minimum işlem başına gücü düşürmek ve paralelleştirmeyi artırmak, algoritmik mimarileri değiştirmeye gerek kalmadan muhtemelen bizi çok ileriye götürecektir.

Kuantum simülasyonu . Richard Feynman'ın orijinal "kuantum bilgisayarları" rüyası artık "kuantum analog simülatörleri" olarak anılmaktadır. Doğa, doğa gibi davranır. Bir Hidrojen atomunun nasıl davrandığını analitik veya dijital olarak hesaplamak zor olabilir, ancak benzer bir Hamiltonyen ile bir sistem kullanmak "sizin için matematik yapabilir". Optik kafesler (hangi zaman için kullanılan iyon işlem miktar ) bu kuantum simülatörleri için de kullanılabilir. Temel fizik kullanarak molekül hesaplamaları yapmak çok zordur ve kimya bu zorluklarla başa çıkmak için buluşsal yöntemlerle doludur.

Kuantum durum rekonstrüksiyonu . Kuantum bilgisinde ve hesaplamada genellikle bahsedilmeyen açık bir problem, yüksek qbit dolaşmış durumların nasıl yeniden yapılandırılacağıdır. Kuantum hesaplama işe yaramasa bile, bu açık sorularda kaydedilen ilerlemeler gelecekte faydalı olabilir (örneğin, anahtar dağıtım protokolleri ve bilgi teorisi).

Kuantum İletişimi. Kuantum Anahtar dağılımı muhtemelen kuantum bilgisinden bugüne kadar oluşturulan tek çalışan pratik uygulamadır. Bilgilerin kulak misafiri olma olasılığı olmadan güvenle aktarılmasını sağlar. Yüksek kaliteli foton geçit işlemleri (kuantum bilgisayarlar için yaratılmıştır), kuantum tekrarlayıcılara izin verebilir ve bu da gidilebilecek maksimum mesafeyi uzatabilir.

Ekstra Eğlenceli Şeyler. Şahsen, beynin kuantum bilgisayarı olması durumunda en ilginç şey cevaplamaktır. Beynin bir kuantum bilgisayarı olma olasılığı, son on yıldır birçok fizikçi tarafından göze çarpıyor, beynin tutarlılığı yok etmek için yüksek sıcaklıkları göz ardı ediyor, ancak son derece saygın (ve övgüye değer) fizikçiler son zamanlarda bu düşünceye meydan okudu. Biri nükleer spinlerin kuantum bilgisinin aracısı olabileceğini tartışırken , diğeri aksonların dalga kılavuzu olarak çalışıp çalışmadığını araştırmak için deneylerin nasıl yapılabileceğini tartışıyor.


4

Temel kuantum-mekanik deneyleri gerçekleştirme ve kontrol etme IBM ve alibaba kuantum bulut bilgisayarlarından önce, basit CHSH veya GHZ deneyleri yapmak için pahalı bir laboratuvara ihtiyacınız olacaktır. Tabii ki IBM bilgisayarındaki kubbeler boşluktan uzak değildir, ancak birçok enstitü ve kolej de fizik bütçeleri dahilinde satın alınan daha iyi deney olanaklarına sahip olamazdı. Böylece temel kuantum mekaniği deneyleri çok kolay bir şekilde yapılabilir.

Kuantum programlama araçları ve deneyleri Ayrıca derleyiciler ve haritalama algoritmaları gibi kuantum bilgisayar araçlarının programlanmasında temel araştırmalar artık gerçek makinelerde test edilebilir

Bu, yalnızca IBM bilgisayar için gerçek ve test edilmiş kuantum algoritmalarına sahip 113 makaleye ve genel olarak daha fazlasına yol açtı. qc kağıtları


3

Kuantum bilgisayarların teorik yeteneklerini düşünmek, klasik bilgisayarların teorisi hakkında önemli kavrayışlara yol açmıştır.

Bir örnek, (klasik) PP karmaşıklık sınıfının kavşak altında kapalı olduğunun kanıtıdır . Beigel, Reingold ve Spielman'dan dolayı zaten klasik bir kanıt olmasına rağmen, kuantum hesaplamadan kavramları kullanan daha basit bir kanıt var.

Daha etkileyici bir örnek, Ewin Tang ve ortak çalışanlar tarafından keşfedilen ve kuantum Kerendis-Prakash algoritmasından esinlenilen klasik öneri algoritmalarıdır ( 1 , 2 , 3 ). Bu algoritmalar gerçekten yeniydi ve kuantum algoritmasından esinlenilmeden keşfedilmemiş olabilir.


2

Bir NISQ cihazının, asimptotik olarak klasik bir bilgisayardan daha iyi performans gösterecek şekilde yürütülmesi Genişletilmiş Kilise Turing Tezini (ECT) geçersiz kılar .

Zihin felsefesi gibi felsefe dalları için çıkarımlarla (genişlemeyen) Kilise Turing Tezi hakkında yazılmış hacimli tomes.

ECT'nin sadece yanlışlanabilir değil, aynı zamanda sadece yeterince yüksek boyutta yüksek derecede dolaşmış bir durumu güvenilir bir şekilde hazırlayan bir NISQ cihazının varlığı nedeniyle de yanlış olması , aynı şekilde oldukça derin felsefi etkileri olduğunu düşünüyorum.

Felsefi prensiplerin bir laboratuvarda tahrif edilmesi nadirdir.

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