ทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงเร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป

ขณะนี้ฉันกำลังอ่านหนังสือ (และวิกิพีเดียจำนวนมาก) เกี่ยวกับควอนตัมฟิสิกส์และฉันยังไม่เข้าใจว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ที่เรามีอยู่ในปัจจุบัน

คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแก้ปัญหาในเวลาแบบเลขชี้กำลังซึ่งคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกสามารถแก้ปัญหาในเวลาแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลได้อย่างไร

คอมพิวเตอร์ควอนตัมด้วยตัวมันเองนั้นไม่เร็ว แต่มันมีความแตกต่างกันรูปแบบของการคำนวณ ในโมเดลนี้มีอัลกอริธึมสำหรับปัญหาบางอย่าง (ไม่ใช่ทั้งหมด!) ซึ่งเร็วกว่าแบบเร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ฉันขอแนะนำให้อ่านThe Limits of Quantumโดย Scott Aaronson: เป็นบทความยอดนิยมสั้น ๆ ที่อธิบายสิ่งที่เราคาดหวังจากคอมพิวเตอร์ควอนตัม

$2^n$

มันเป็นปัญหาที่เปิดกว้างสำหรับการวิจัยที่ล้ำสมัยไม่ว่าจะเป็นอัลกอริธึมเชิงควอนตัมจะเร็วกว่าอัลกอริธึม "คลาสสิค" ทั้งในระดับทฤษฎีและระดับประยุกต์ ในทฤษฎีความซับซ้อนมันสะท้อนให้เห็นในคำถามเช่นBQP =? P คือการคำนวณควอนตัม "P" คลาสเทียบเท่าหรือไม่กับคลาส P (เวลาพหุนาม) คลาสสิกและมีคำถามเปิดอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องอีกมากมาย

มีดาต้าพอยน์ที่น่าสนใจและสำคัญมากตัวหนึ่ง: อัลกอริธึม Shors ที่ได้รับรางวัลนั้นเป็นปัจจัยสำคัญในเวลาควอนตัม P แต่ก็ยังไม่ทราบว่ามีอัลกอริธึมการแยกตัวประกอบแบบคลาสสิก P-time

ทิศทางใหม่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาคือการทำงานในการคำนวณควอนตัมแบบอะเดียแบติกซึ่งง่ายต่อการใช้งาน / วิศวกรกว่าวิธีมาตรฐานอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งคิวบิต (แต่ยังยากที่จะนำมาใช้)

คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพียงตัวเดียวที่เคยสร้างขึ้นมาในปัจจุบันคือระบบของ Dwaveและขณะนี้อยู่ภายใต้การพิจารณาทางวิทยาศาสตร์อย่างเข้มข้นและการโต้เถียงเกี่ยวกับผลกระทบของควอนตัมและประสิทธิภาพที่แท้จริง มันแพงมากและโดยทั่วไปแล้วไม่ดีกว่าคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปเมื่อรหัสคลาสสิกนั้นได้รับการปรับปรุงอย่างเต็มที่ (มนุษย์ / มือ) อย่างไรก็ตามอาจกล่าวได้อย่างเป็นธรรมว่าไม่มีองค์กรอื่นหน่วยงานรัฐบาลหรือมหาวิทยาลัยอื่นใดที่ดูเหมือนจะอยู่ใกล้กับระดับความก้าวหน้าด้านการประยุกต์ / เทคนิค / วิศวกรรม

วิทยาศาสตร์แนวโน้มมีเมฆมากในขณะนี้และบางส่วนทางวิทยาศาสตร์ผู้เชี่ยวชาญ / นักวิจารณ์ / คลางแคลงเช่นDyakonovมีความเชื่อยาว / เถียงอย่างยิ่งที่สามารถปรับขนาดได้คอมพิวเตอร์ QM จะไม่เคยเป็นรูปธรรมเนื่องจากปัญหาทางเทคนิคผ่านไม่ได้และ / หรืออุปสรรค

ฉันมีหลักฐานที่บอกว่าแม้พลังควอนตัมก็มีข้อ จำกัด

คอมพิวเตอร์ควอนตัมพบว่ามันยากมากแม้จะไปถึงหนึ่งพันกิโลบิต แต่ถึงแม้ว่าพวกเขาจะไปถึงที่นั่นมันก็ค่อนข้างทรงพลัง

16384 qbits จะสร้างพื้นที่ 128 มิติโดยขั้นตอน 128 ครั้งค้นหาอย่างละเอียดถี่ถ้วนน่าทึ่ง 100 ขั้นตอนต้นไม้ 100 มิติความน่าจะเป็น !!! แต่อย่าคาดหวังมากกว่าปริมาณควอนตัมในอนาคตอันใกล้

ระบบควอนตัมเป็นระบบที่มีอยู่ในสถานะควอนตัมที่ความน่าจะเป็นต่าง ๆ ที่กำหนดโดยข้อ จำกัด ด้านสิ่งแวดล้อม สมมติว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีสถานะทั้งหมดของระบบควอนตัม n-bit ที่การสกัดของหนึ่งในรัฐเหล่านี้ยุบระบบไปยังหนึ่งในรัฐ นี่คือฟังก์ชั่นแฮชที่คล้ายกับการใช้ O (1) เพื่อค้นหาที่ฝากข้อมูลโดยไม่มีการวนซ้ำ มีสองสิ่งที่จำเป็นการจัดเก็บควอนตัมของระบบ n-bit และฟังก์ชันที่คล้ายแฮชเพื่อยุบสถานะที่จำเป็น ข้อ จำกัด มีบทบาทของฟังก์ชั่นการแฮชต่างๆเพื่อยุบระบบ n-bit ให้อยู่ในสถานะที่ต้องการ

ลองใช้วิธีนี้: มีปัญหาที่สามารถแก้ไขได้โดยการแก้กรณีย่อยจำนวนมากทั้งตัวอย่าง [ตัวอย่าง: แฟคตอริ่งโดยฝ่ายทดลอง] ปัญหาเหล่านี้ใช้เวลานานในการแก้หากต้องแก้คดีย่อยทีละรายการ พวกเขาสามารถแก้ไขได้เร็วขึ้นมากหากสามารถให้ฮาร์ดแวร์เพียงพอที่จะแก้กรณีย่อยทั้งหมดในแบบคู่ขนาน แต่ไม่สามารถใช้งานได้จริงเพราะจำนวนของฮาร์ดแวร์ที่ต้องการเพิ่มขึ้นตามขนาดของปัญหา Quantum computing ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติsuperposition-of-stateของ Quantum Mechanics เพื่อจำลองการจัดหาฮาร์ดแวร์ให้เพียงพอ - นั่นคือแต่ละสถานะในการวางซ้อนคือ 'เครื่อง' สำหรับหนึ่งในกรณีย่อย โปรดทราบว่าการจำลองนี้ไม่ได้ทำโดยซอฟต์แวร์ แต่เป็นไปตามธรรมชาติ