Какая польза от квантовых вычислений?


14

Большинство из нас на этом сайте считают, что квантовые вычисления будут работать. Тем не менее, давайте играть в адвоката дьявола. Представьте, что мы неожиданно столкнулись с каким-то фундаментальным камнем преткновения, который не позволил дальнейшему развитию универсального квантового компьютера. Возможно, мы ограничены устройством NISQ (Noisy, Intermediate Scale Quantum) из 50-200 кубитов, ради аргумента. Изучение (экспериментальных) квантовых вычислений внезапно прекращается, и никакого дальнейшего прогресса не происходит.

Что хорошего уже получилось в результате изучения квантовых компьютеров?

Под этим я подразумеваю реализуемые квантовые технологии, наиболее очевидным из которых является квантовое распределение ключей, а также технические результаты, которые распространяются на другие области. Вместо того, чтобы просто список предметов, было бы полезно краткое описание каждого из них.


2
Хотя этот вопрос был четко задан с некоторой дополнительной исходной мотивацией, он, несомненно, до сих пор был одним из самых успешных вопросов на этом сайте, поэтому я хотел попытаться задать то, что движется в том же направлении, но без скрытой повестки дня.
DaftWullie

Вы упоминаете Universal Quantum Computer и Quantum Key Distribution в одном и том же вопросе, но я понимаю, что Quantum Key Distribution - это просто безопасный метод связи между двумя точками, который на самом деле не связан с универсальным квантовым компьютером, за исключением того факта, что оба основаны на квантовая механика.
19

1
У меня нет времени для длинного ответа, но квантовые алгоритмы, основанные на квантовых принципах, делают серьезные успехи. Смотрите работы Э Тана и Кацграбера.
Андрей О

Ответы:


6

Есть много интересных приложений, которые используют похожие технологии. Многие лаборатории, работающие над квантовыми вычислениями, также публикуют статьи с этими приложениями.

Вот некоторые:

Полностью оптические вычисления. Лично я думаю, что это имеет больший потенциал, чем квантовые вычисления, поскольку уже было показано, что он полезен для быстрой обработки нейронных сетей (и других алгоритмов, включающих умножение матриц и нелинейные функции). Эти встроенные системы производятся в тех же лабораториях (и тех же людях), что и линейные квантовые вычисления на основе измерений . Проектирование систем, способных работать быстрее, чем полупроводниковые тактовые частоты, снижая минимальную мощность на операцию с использованием света и увеличивая распараллеливание, вероятно, очень далеко продвинет нас без необходимости изменения алгоритмической архитектуры.

Квантовое моделирование . Оригинальная мечта Ричарда Фейнмана о «квантовых компьютерах» теперь называется «квантовыми аналоговыми симуляторами». Природа действует как природа. Аналитически или в цифровом виде может быть сложно рассчитать, как ведет себя атом водорода, но использование системы с аналогичным гамильтонианом может «сделать математику за вас». Для этих квантовых симуляторов могут быть использованы оптические решетки (которые иногда используются для квантовых вычислений ионов ). Очень сложно проводить расчеты молекул с использованием фундаментальной физики, а химия полна эвристики, чтобы справиться с этими трудностями.

Квантовая государственная реконструкция . Обычно не упоминаемая открытая проблема в квантовой информации и вычислениях состоит в том, как реконструировать запутанные состояния с высоким кубитом. Даже если квантовые вычисления не сработают, успехи, достигнутые в этих открытых вопросах, могут оказаться полезными в будущем (например, для протоколов распределения ключей и теории информации).

Квантовая Связь. Распределение квантовых ключей, вероятно, является единственным работающим практическим приложением, созданным до сих пор из квантовой информации. Это позволяет безопасно передавать информацию без возможности подслушивания. Операции с фотонными затворами высокой точности (созданные для квантовых компьютеров) могли бы обеспечить эффективные квантовые повторители , которые могли бы увеличить максимальное расстояние, которое может быть пройдено.

Дополнительные забавные вещи. Лично я думаю, что наиболее интересным является ответ, если мозг является квантовым компьютером. Возможность того, что мозг является квантовым компьютером, была взволнована многими физиками в течение последнего десятилетия, отвергая высокие температуры мозга, чтобы разрушить когерентность, но очень уважаемые (и похвальные) физики недавно бросили вызов этому понятию. Один обсуждает, как ядерные спины могут быть посредниками квантовой информации, другой обсуждает, как можно проводить эксперименты, чтобы исследовать, работают ли аксоны как волноводы.


4

Выполните и проверьте базовые квантово-механические эксперименты. Перед квантовыми облачными компьютерами IBM и alibaba вам понадобится дорогая лаборатория для проведения простых экспериментов CHSH или GHZ. Конечно, кубиты в компьютере IBM не свободны от лазеек, но во многих институтах, а также в колледжах не может быть лучшего экспериментального оборудования, приобретенного в рамках их физического бюджета. Таким образом, основные квантово-механические эксперименты могут быть сделаны очень легко.

Инструменты и эксперименты по квантовому программированию. Кроме того, базовые исследования в области программирования инструментов квантового компьютера, таких как компиляторы и алгоритмы отображения, теперь можно тестировать на реальных машинах.

Это привело к появлению 113 статей с реальными и проверенными квантовыми алгоритмами только для одного компьютера IBM и многих других в целом. документы кс


3

Размышление о теоретических возможностях квантовых компьютеров привело к важному пониманию теории классических компьютеров.

Одним из примеров является доказательство того, что (классический) класс сложности PP замкнут относительно пересечения. Хотя уже было чисто классическое доказательство благодаря Бейгелю, Рейнгольду и Спилману, существует более простое доказательство , использующее концепции квантовых вычислений.

Более впечатляющий пример - классические алгоритмы рекомендаций ( 1 , 2 , 3 ), открытые Эвином Тангом и его сотрудниками, которые были вдохновлены квантовым алгоритмом Керендис-Пракаша. Эти алгоритмы были действительно новыми и, возможно, не были бы открыты без вдохновения квантового алгоритма.


2

Выполнение NISQ-устройства способом, который асимптотически превосходит классический компьютер, лишает законной силы расширенный тезис Чёрча-Тьюринга (ECT).

Многочисленные тома, написанные о (не расширенном) тезисе Церковного Тьюринга, имеют значение для таких областей философии, как философия разума.

Тот факт, что ДЭХ был не только фальсифицируемым, но и, вероятно, ложным, просто благодаря наличию NISQ-устройства, надежно готовящего сильно запутанное состояние в достаточно высоком измерении, я думаю, что также имеет некоторые довольно глубокие философские последствия.

Редко, когда руководящие философские принципы могут быть сфальсифицированы в лаборатории.

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.