อะไรทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประโยชน์โดยเฉพาะ?

ฉันรู้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถประมวลผลการทับซ้อนของสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมดด้วยการส่งผ่านตรรกะเดียว

นั่นน่าจะเป็นสิ่งที่ผู้คนบอกว่าเป็นสิ่งที่ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมพิเศษหรือมีประโยชน์

อย่างไรก็ตามหลังจากที่คุณประมวลผลอินพุตแบบพิเศษแล้วคุณจะได้ผลลัพธ์แบบ superpositional ซึ่งคุณสามารถถามได้เพียงคำถามเดียวเท่านั้นและจะยุบเป็นค่าเดียว ฉันยังรู้ว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะโคลนสถานะ superpositional ดังนั้นคุณติดอยู่กับการได้รับคำตอบสำหรับคำถามนั้น

ในทั้งสองกรณีดูเหมือนว่าความสามารถในการประมวลผลหลายครั้งนั้นไม่ได้ช่วยอะไรคุณเลยเพราะมันมีประสิทธิภาพราวกับว่ามีเพียงหนึ่งสถานะเท่านั้นที่ถูกประมวลผล

ฉันตีความสิ่งต่าง ๆ ผิดหรือประโยชน์ที่แท้จริงของการคำนวณควอนตัมมาจากอย่างอื่นหรือไม่?

ใครช่วยอธิบายสิ่งที่เป็นอย่างอื่นได้บ้าง

การรบกวนจากการทำลายล้างเป็นสิ่งสำคัญที่ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในการคำนวณความน่าจะเป็นแบบคลาสสิกการมีสองพา ธ ไปยังเอาต์พุตจะทำให้ผลลัพธ์นั้นมีโอกาสมากขึ้น ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมมันสามารถสร้างผลลัพธ์ได้น้อยลงมีโอกาส

ควอนตัมอัลกอริธึมได้รับการออกแบบอย่างระมัดระวังเพื่อให้คำตอบที่ไม่ถูกต้องมีแนวโน้มที่จะถูกแทรกแซงอย่างทำลายล้างเหลือเพียงทางออกที่ต้องการเท่านั้นเป็นผลลัพธ์การวัด นี่เป็นเรื่องยุ่งยากที่จะทำและไม่ใช่ว่าทุกปัญหาจะสามารถทำได้ อัลกอริทึมการค้นหาของ Groverเป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของเอฟเฟกต์นี้ดังนั้นนี่คือเป็นโพสต์ระดับเริ่มต้นเกี่ยวกับอัลกอริทึมของโกรเวอร์การโพสต์ในระดับเริ่มต้นเกี่ยวกับอัลกอริทึมของโกรเวอร์

คุณสมบัติที่มีประโยชน์อื่น ๆ คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถเข้าถึง:

• พัวพันในการประสานงานและการสื่อสารการปรับปรุง (เช่นทำลายสมมาตร , superdense การเข้ารหัส ,เต้นทดสอบระฆัง )
• หลักความไม่แน่นอนสำหรับการเข้ารหัส (เช่นจัดจำหน่ายที่สำคัญควอนตัม , ไอสไตน์ได้รับการรับรองตัวเลขสุ่ม )
• การจัดการกับรัฐทางกายภาพที่เกิดขึ้นจริงในการดำเนินการเซ็นเซอร์ควอนตัมและอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการอื่น ๆ (ใครจะไม่ต้องการทดสอบระเบิด counterfactual ?)

(Scott Aaronson ชอบที่จะบอกว่าทุกสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับควอนตัมนั้นเกิดจากการที่ Superpositions เก็บรักษา 2-norm แทนที่จะเป็น 1-normเช่นการแจกแจงความน่าจะเป็นทำทุกสิ่งที่มีประโยชน์มากขึ้น

คำถามของคุณบางคำถามเป็นคำถามเชิงทฤษฎีที่เปิดกว้าง มีหลายวิธีในการตอบคำถามของคุณ วิธีคิดทั่วไปเกี่ยวกับการคำนวณ QM คือมันใช้ประโยชน์จากสปินทรอนิกส์นั่นคือคุณสมบัติควอนตัมของสปินเพื่อการคำนวณ ดังนั้นจึงเป็นขั้นตอนต่อไปในการลดขนาดของอิเล็กทรอนิกส์ / ตรรกะและการคำนวณโดยทั่วไป มีข้อ จำกัด ทางทฤษฎีเกี่ยวกับความกว้างของประตูที่ถูกขัดจังหวะในเทคโนโลยีการผลิตในปัจจุบันซึ่งเป็นผลมาจากที่ราบสูงของกฎหมาย Mooresและ spintronics แสดงถึง "ชายแดนต่อไป"

Spintronics แสดงกระบวนทัศน์การคำนวณที่แตกต่างจากตรรกะไบนารี ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติทางทฤษฎีที่น่าสนใจที่ควรค่าแก่การสำรวจแม้จะไม่มีการใช้งาน อย่างไรก็ตามมีความหวังโดยทั่วไปในสาขาที่การคำนวณ QM นั้นสามารถปรับขนาดได้อย่างมากและเมื่อหลักการได้ถูกคิดออกมาสองสาม qubits ระบบอาจถูกปรับขนาดให้เป็น qubits จำนวนมาก "โดยไม่มีปัญหามากเกินไป" ในทางทฤษฎีมันแสดงให้เห็นถึงการปรับขนาดในการประมวลผลที่ซับซ้อนในวิธีที่แตกต่างกัน / น่าทึ่งกว่าการคำนวณแบบดั้งเดิมนั่นคือคร่าวๆ$2^x$ ความสามารถในการประมวลผลที่ $x$คือจำนวนของ qubits เช่นการเพิ่มขึ้นของเลขชี้กำลังในความสามารถในการคำนวณสำหรับการเพิ่มเชิงเส้นใน qubits ฟังดูเหมือนเป็นนิยายวิทยาศาสตร์ แต่ดูเหมือนจะเป็นคุณสมบัติ "ของจริง / ที่แท้จริง" เท่าที่ทุกคนรู้

การค้นพบครั้งสำคัญในปี 2539 คืออัลกอริธึมของชอร์ที่แสดงแฟคตอริ่งสามารถแก้ไขได้ใน "เวลาควอนตัมควอนตัม" และได้รับการยกย่องว่าเป็นการกระตุ้นความสนใจที่สำคัญในการคำนวณควอนตัม แฟเป็นหลักสูตรที่เป็นหัวใจของระบบการเข้ารหัสลับที่ทันสมัยในการใช้กันอย่างแพร่หลายอัลกอริทึม RSA

มันเป็นคำถามเชิงทฤษฎีแบบเปิดหากคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแก้ปัญหาสำคัญอื่น ๆ ได้ในเวลา "เร็ว" สิ่งนี้เรียกว่าBPP =? คำถามBQP

คอมพิวเตอร์ QM ขัดแย้งที่ถูกสร้างขึ้นโดยDWaveซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็น "ประโยชน์" ในการแก้ปัญหาบางอย่างและพวกเขาได้แสดงให้เห็นรูปแบบของการประสบความสำเร็จในการปรับควอนตัมในประเภท "ค่อนข้างอ่อนแอ" ของระบบการจัดการด้านคุณภาพที่รู้จักในฐานะคอมพิวเตอร์อะคอมพิวเตอร์อะมันเป็นคำถามเปิดไม่ว่าจะสามารถ / จะแสดงให้เห็นถึงความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนภายใต้การวิจัยเช่นโดย Google, Nasa, Lockheed เป็นต้น

ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมสั้น ๆ นั้นไม่ได้"มีประโยชน์"ในแง่เดียวกับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิคธรรมชาติที่แท้จริงของการใช้ประโยชน์ของพวกเขากำลังถูกวิจัยอย่างแข็งขันและมีเพียงระบบ จำกัด / ทดลอง / ต้นแบบเท่านั้นที่มีอยู่ในปัจจุบัน พวกเขาคาดว่าจะเป็น "อย่างน้อยมีประโยชน์" ในขณะที่การคำนวณแบบดั้งเดิมที่ก่อให้เกิดความตระหนักและอาจ / หวังว่า "มีประโยชน์มากขึ้น" ในรูปแบบที่ไม่สามารถคาดการณ์ได้

คำตอบที่ค่อนข้างขัดแย้ง แต่เก็บไว้ในใจอย่างไรก็ตาม

ฉันจะบอกว่าไม่มีอะไรทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประโยชน์มากขึ้น (อย่างน้อยในปัจจุบัน)!

แน่นอนว่าการรักษาเชิงทฤษฎีมาตรฐานของกลศาสตร์ควอนตัมในการคำนวณด้วยความเคารพต่อการรักษาเชิงทฤษฎีแบบคลาสสิกย่อมนำเสนอความเป็นไปได้ใหม่ ๆ ดังนั้นสิ่งที่จับที่นี่คืออะไร?

สิ่งที่จับได้คือ: มันไม่ได้เป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แน่นอนว่ามีประสิทธิภาพมากกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป / คลาสสิค (ความจริงที่เกี่ยวข้องกับ$P$ VS $NP$ปัญหาเช่นกัน) และคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมนั้นไม่สามารถจำลองคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้ แน่นอนว่า " ทฤษฎีควอนตัม " จะบอกคุณเช่นนั้น ทำไมพูดใน " ทฤษฎีควอนตัม "? เพราะมันไม่ได้เป็นทฤษฎีควอนตัมจริงมันเป็นเพียงเฉพาะ " ความหมายของทฤษฎีควอนตั " หวังว่าสิ่งเหล่านี้จะเข้าใจและชัดเจน

การอ้างอิงที่เกี่ยวข้อง:

1. มีหลักฐานอย่างเป็นทางการหรือไม่ว่าควอนตัมคอมพิวเตอร์จะเร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปหรือไม่?
2. คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่จำลองโดยระบบคลาสสิก ( กระดาษ IOP )
3. คอมพิวเตอร์ควอนตัมเครื่องแรกไม่เร็วไปกว่าพีซีแบบคลาสสิค
4. การวัดควอนตัมสามารถเอาชนะคอมพิวเตอร์คลาสสิคได้หรือไม่?
5. ตีคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยจำลองกลศาสตร์ควอนตัม