Co konkretnie czyni komputery kwantowe użytecznymi?

Wiem, że komputery kwantowe są w stanie przetwarzać superpozycję wszystkich możliwych stanów za jednym przejściem przez logikę.

Wydaje się, że to właśnie ludzie wskazują, że komputery kwantowe są wyjątkowe lub przydatne.

Jednak po przetworzeniu danych wejściowych superpozycyjnych otrzymujesz wynik superpozycji, którego możesz zadać tylko jedno pytanie, a ono zapada się w jedną wartość. Wiem również, że nie jest (obecnie?) Możliwe klonowanie stanu superpozycji, więc utknąłeś w otrzymywaniu odpowiedzi na to jedno pytanie.

W obu przypadkach wygląda na to, że ta zdolność do wielokrotnego przetwarzania naprawdę nic ci nie dała, ponieważ jest efektywna, jakby przetworzono tylko jeden stan.

Czy źle interpretuję rzeczy, czy też rzeczywista użyteczność obliczeń kwantowych wynika z czegoś innego?

Czy ktoś może wyjaśnić, co to jest coś innego?

Zakłócenia niszczące to podstawowa rzecz, która sprawia, że ​​komputery kwantowe są mocniejsze. W klasycznym obliczeniu probabilistycznym posiadanie dwóch ścieżek do wyniku zawsze zwiększa prawdopodobieństwo tego wyniku. W komputerze kwantowym może to zmniejszyć prawdopodobieństwo wyniku .

Algorytmy kwantowe są starannie zaprojektowane, aby błędne odpowiedzi bywały destrukcyjnie zakłócane, pozostawiając tylko pożądane rozwiązania jako wyniki pomiaru. Jest to trudne i nie każdy problem na to pozwala. Algorytm wyszukiwania Grovera jest doskonałym przykładem tego efektu, więc oto post na poziomie początkującym o algorytmie Grovera .

Inne przydatne właściwości komputery kwantowe mają dostęp do:

• Uwikłanie w usprawnienia koordynacji i komunikacji (np. Łamanie symetrii , superdense kodowanie , testowanie dzwonków ).
• Zasada nieoznaczoności dla kryptografii (np. Dystrybucja klucza kwantowego , liczby losowe z certyfikatem Einsteina ).
• Manipulowanie rzeczywistymi stanami fizycznymi w celu wdrożenia czujników kwantowych i innego sprzętu laboratoryjnego (kto nie chciałby alternatywnego testera bomb ?).

(Scott Aaronson lubi powiedzieć, że wszystko, co interesujące w kwantach, wynika z superpozycji zachowujących 2-normę zamiast z 1-normą, jak w przypadku rozkładów prawdopodobieństwa. Wszystkie bardziej użyteczne efekty, o których wspomniałem, wynikają z podstawowej matematyki.)

Niektóre z twoich pytań są otwartymi pytaniami teoretycznymi. Istnieje kilka sposobów, aby odpowiedzieć na twoje pytanie. Ogólny sposób myślenia o obliczeniach QM polega na wykorzystaniu spintroniki, tj. Kwantowej właściwości spinu do obliczeń. Jest to więc logiczny kolejny krok w miniaturyzacji elektroniki / logiki i ogólnie w obliczeniach. Istnieją teoretyczne ograniczenia szerokości bramy, które są usuwane w obecnej technologii wytwarzania, konsekwentne zniesienie prawa Mooresa, a spintronika stanowi „następną granicę”.

$2^x$$x$to liczba kubitów, tj. wykładniczy wzrost zdolności obliczeniowej liniowego wzrostu kubitów. Brzmi to prawie jak z science fiction, ale o ile ktokolwiek wie, jest to pozornie „prawdziwa / wewnętrzna” właściwość.

Kluczowym przełomem w 1996 r. Jest algorytm Shora , który pokazał, że faktoring można rozwiązać w „kwantowym czasie wielomianowym”, i uważa się, że wzbudza on duże zainteresowanie obliczeniami kwantowymi. Faktoring jest oczywiście podstawą nowoczesnych systemów kryptograficznych w szeroko stosowanym algorytmie RSA .

To otwarte pytanie teoretyczne, czy komputery kwantowe mogą rozwiązać inne poważne problemy w „szybszym” czasie. Jest to znane jako BPP =? Pytanie BQP .

Kontrowersyjny komputer QM został zbudowany przez DWave, który okazał się „przydatny” w rozwiązywaniu niektórych problemów i z powodzeniem zademonstrował formę skalowania kwantowego na „nieco słabszym” systemie QM znanym jako obliczenia adiabatyczne . Jest otwarte pytanie, czy może / kiedykolwiek wykaże jednoznaczny wzrost prędkości, aktywnie badany np. Przez Google, NASA, Lockheed itp.

Krótko mówiąc, komputery kwantowe nie są dokładnie „użyteczne” w tym samym sensie, co komputery klasyczne, że dokładnie badana jest dokładna natura ich przydatności, a obecnie istnieją tylko ograniczone / eksperymentalne / prototypowe systemy. Przypuszcza się, że po ich zrealizowaniu są „co najmniej tak przydatne” jak konwencjonalne obliczenia i być może / miejmy nadzieję, że „bardziej przydatne” na pewne, nie do końca przewidywalne sposoby.

Odpowiedź dość kontrowersyjna, ale pamiętaj o tym.

Powiedziałbym, że nic nie czyni komputerów kwantowych bardziej użytecznymi (przynajmniej obecnie)!

Jasne, standardowe teoretyczne traktowanie mechaniki kwantowej w obliczeniach, w odniesieniu do klasycznego teoretycznego traktowania, rzeczywiście oferuje nowe możliwości (jak zauważyły ​​inne odpowiedzi). Więc jaki jest haczyk tutaj?

$P$$NP$

Powiązane referencje:

1. Czy istnieje formalny dowód, że obliczenia kwantowe są lub będą szybsze niż obliczenia klasyczne?
2. Komputer kwantowy emulowany przez klasyczny system ( papier IOP )
3. Pierwszy „komputer kwantowy” nie jest szybszy niż klasyczny komputer
4. Czy pomiary kwantowe mogą pokonać klasyczne komputery?
5. Pokonanie komputera kwantowego poprzez symulację mechaniki kwantowej