อะไรคือเหตุผลที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงปฏิบัติไม่สามารถสร้างขึ้นได้?

คำตอบสำหรับคำถามอื่นกล่าวถึงว่า

มีข้อโต้แย้งที่แสดงให้เห็นว่าไม่สามารถสร้างเครื่องจักร ["เครื่องทัวริงทัวริง"] ...

ฉันไม่แน่ใจว่าฉันเข้าใจปัญหาอย่างสมบูรณ์ดังนั้นบางทีฉันอาจไม่ถามคำถามที่ถูกต้อง แต่นี่คือสิ่งที่ฉันสามารถรวบรวมได้

สไลด์ถูกนำเสนอในการบรรยาย (จากปี 2013)โดยศาสตราจารย์กิลคาไล (มหาวิทยาลัยฮีบรูแห่งเยรูซาเล็มและมหาวิทยาลัยเยล) ฉันดูการบรรยายเกือบทั้งหมดและดูเหมือนว่าข้ออ้างของเขาก็คือมีอุปสรรคในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนต่อความผิดพลาด (FTCQ) และสิ่งกีดขวางนี้อาจอยู่ที่การสร้าง qubits เชิงตรรกะจากองค์ประกอบทางกายภาพ (เวลาประทับ 26:20):

ดูเหมือนว่าเหตุผลของสิ่งกีดขวางนั้นเกิดจากปัญหาเรื่องเสียงรบกวนและการแก้ไขข้อผิดพลาด และแม้ว่าการวิจัยในปัจจุบันจะคำนึงถึงเสียงรบกวน แต่ก็ไม่ได้ทำในลักษณะที่ถูกต้อง (นี่คือส่วนที่ฉันไม่เข้าใจ)

ฉันรู้ว่าหลายคน (เช่น Scott Aaronson) ไม่เชื่อเรื่องการอ้างสิทธิ์เป็นไปไม่ได้ แต่ฉันแค่พยายามทำความเข้าใจข้อโต้แย้งนี้ให้ดีขึ้น:

อะไรคือเหตุผลในการแนะนำว่าไม่สามารถสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงปฏิบัติได้ (ดังที่ศาสตราจารย์กิลกาไลนำเสนอและมีอะไรเปลี่ยนแปลงไปตั้งแต่ปี 2013)

หากเจตนาของคุณคือการเข้าใจข้อโต้แย้งของ Gil Kalai ฉันขอแนะนำโพสต์บล็อกของเขาต่อไปนี้: ข้อโต้แย้งของฉันกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม: สัมภาษณ์ Katia Moskvitch ในนิตยสาร Quanta (และลิงก์ในนั้น)

สำหรับการวัดที่ดีฉันจะแสดงบทต่อเนื่องในศตวรรษที่ 21 หรือไม่? (โดยเฉพาะความคิดเห็น) นอกจากนี้คุณยังสามารถดูไฮไลท์ในของฉันควอนตัมการอภิปรายกับซีเรียคราด: เส้นไฮไลท์ไม่ใช่ทางด้านเทคนิคและเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นฉันและฉันควอนตัมกับการอภิปรายรัมครั้งที่สอง สุดท้ายหากคุณยังไม่ได้ดูก็อตต์ Aaronson ของหรือไม่พระเจ้าเล่นลูกเต๋าที่ฉันทำ

ก่อนสรุปโดยย่อเกี่ยวกับมุมมองของ Kalai จากบทความประกาศของเขา(ดูThe Quantum Computer Puzzle @ Notices of AMS ):

การทำความเข้าใจกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมในที่ที่มีสัญญาณรบกวนนั้นต้องพิจารณาถึงพฤติกรรมในระดับต่างๆ ในระดับขนาดเล็กแบบจำลองมาตรฐานของเสียงจากช่วงกลางทศวรรษที่ 90 มีความเหมาะสมและวิวัฒนาการควอนตัมและสถานะที่อธิบายโดยพวกเขาแสดงให้เห็นถึงพลังการคำนวณระดับต่ำมาก พฤติกรรมขนาดเล็กนี้มีผลกระทบกว้างไกลสำหรับพฤติกรรมของระบบควอนตัมที่มีเสียงดังในระดับที่ใหญ่กว่า ในอีกด้านหนึ่งมันไม่อนุญาตให้เข้าถึงจุดเริ่มต้นสำหรับความทนทานต่อความผิดพลาดของควอนตัมและอำนาจสูงสุดของควอนตัมทำให้ทั้งสองเป็นไปไม่ได้ในทุกเครื่องชั่ง ในทางกลับกันมันนำไปสู่วิธีที่แปลกใหม่สำหรับการสร้างแบบจำลองเสียงในระดับที่ใหญ่ขึ้นและการคาดการณ์ต่าง ๆ เกี่ยวกับพฤติกรรมของระบบควอนตัมที่มีเสียงดัง

ประการที่สองข้อโต้แย้งเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่าทำไมเขาถึงคิดว่าการแก้ไขข้อผิดพลาดแบบดั้งเดิมนั้นเป็นไปได้ แต่การแก้ไขข้อผิดพลาดเชิงควอนตัมนั้นไม่ใช่

ซึ่งแตกต่างจากกลไกการทำซ้ำ / เสียงส่วนใหญ่ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากพลังการคำนวณแบบดั้งเดิมการสร้างรหัสแก้ไขข้อผิดพลาดของควอนตัมและงานที่ง่ายกว่าในการแสดงควอนตัมมากที่สุดนั้นไม่น่าจะเกิดขึ้นได้

(ในบทสนทนาข้างต้นกับ Aram Harrow ชี้ให้เห็นว่าหากมีใครจะโต้แย้งแรกของ Kalai โดยตรงจากนั้นก็ไม่สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดแบบดั้งเดิมได้)

ในโพสต์ Kalai ยังคงยืนยันว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมดั้งเดิมจะไม่สามารถทำการแก้ไขข้อผิดพลาด

ถาม: แต่ทำไมคุณไม่สามารถสร้าง qubits ที่ดีพอเพื่อให้วงจรควอนตัมสากลที่มี 50 qubits ได้

ตอบ: สิ่งนี้จะช่วยให้อุปกรณ์ดั้งเดิมมาก (ในแง่ของพฤติกรรมแบบซีมโทติคของความซับซ้อนในการคำนวณ) เพื่อทำการคำนวณที่เหนือกว่า

Kalai ยังได้บรรยาย ( YouTube ) เกี่ยวกับสาเหตุที่การคำนวณควอนตัมเชิงทอพอโลยีไม่ทำงาน

คำถาม: อะไรคือเหตุผลในการแนะนำว่าไม่สามารถสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงปฏิบัติได้ ( ดังที่ศาสตราจารย์กิลกาไลนำเสนอและมีอะไรเปลี่ยนแปลงไปตั้งแต่ปี 2013)?

ในการให้สัมภาษณ์เรื่อง " Perpetual Motion of The Century ศตวรรษที่ 21? " ศ. Kalai ฯ :

"สำหรับระบบควอนตัมมีสิ่งกีดขวางพิเศษเช่นการไร้ความสามารถในการทำสำเนาที่แน่นอนของสถานะควอนตัมโดยทั่วไปอย่างไรก็ตามทฤษฎีการแก้ไขข้อผิดพลาดส่วนใหญ่ได้ถูกยกไปแล้วและทฤษฎีบทธรณีประตูที่มีชื่อเสียง (FTQC) เป็นไปได้หากเงื่อนไขตรงตามเงื่อนไขเงื่อนไขที่เน้นมากที่สุดกำหนดเกณฑ์สำหรับอัตราข้อผิดพลาดสัมบูรณ์หนึ่งคำสั่งยังคงมีขนาดที่เข้มงวดกว่าสิ่งที่เทคโนโลยีในปัจจุบันประสบความสำเร็จ แต่เข้าถึงได้ปัญหาหนึ่งที่ยกมาที่นี่ ข้อผิดพลาดมีความเป็นอิสระที่เพียงพอสำหรับรูปแบบเหล่านี้ในการทำงานหรือสหสัมพันธ์ จำกัด สิ่งที่พวกเขาสามารถจัดการได้ ".

ในบทความก่อนหน้าของหัวข้อ " คอมพิวเตอร์ควอนตัม: การขยายเสียงรบกวนและรุ่นเสียงรบกวน " เขากล่าวว่า:

หน้า 2: "ความเป็นไปได้ของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เหนือกว่าการคำนวณเป็นหนึ่งในปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจที่สุดในยุคของเราความกังวลหลักเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของควอนตัมคอมพิวเตอร์คือระบบควอนตัมมีเสียงดังโดยธรรมชาติทฤษฎีการแก้ไขข้อผิดพลาดเชิงควอนตัม การคำนวณ (FTQC) ให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งสำหรับความเป็นไปได้ในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมในบทความนี้เราจะหารือเกี่ยวกับแบบจำลองเสียงรบกวนที่อาจล้มเหลวในการคำนวณควอนตัมบทความนี้แสดงบทวิจารณ์การแก้ไขข้อผิดพลาดเชิงควอนตัม

หน้า 19: "ปัญหาหลักคือเพื่อทำความเข้าใจและอธิบายการดำเนินงานเสียงสด (หรือน้อย) แบบจำลอง adversarial เราพิจารณาที่นี่ควรถือเป็นแบบจำลองสำหรับเสียงสด แต่พฤติกรรมของข้อผิดพลาดสะสมในวงจรควอนตัมที่อนุญาตให้เผยแพร่ข้อผิดพลาด เป็นแบบอย่างที่ดีสำหรับเสียงที่สดใหม่ของเรา

ภาพทั่วไปของ FTQC ยืนยัน:

• การยอมรับข้อผิดพลาดจะทำงานหากเราสามารถลดข้อผิดพลาด gate / qubit ใหม่ให้ต่ำกว่าขีด จำกัด ที่กำหนด ในกรณีนี้การแพร่กระจายข้อผิดพลาดจะถูกระงับ

สิ่งที่เราเสนอคือ:

• การยอมรับข้อผิดพลาดจะไม่ทำงานเนื่องจากข้อผิดพลาดโดยรวมจะทำงานเหมือนข้อผิดพลาดสะสมสำหรับการเผยแพร่ข้อผิดพลาดมาตรฐาน (สำหรับวงจรที่อนุญาตการเผยแพร่ข้อผิดพลาด) แม้ว่าจะไม่จำเป็นเพราะการเผยแพร่ข้อผิดพลาด

ดังนั้นสำหรับการสร้างแบบจำลองที่เหมาะสมของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีเสียงดังข้อผิดพลาดใหม่ควรทำงานเหมือนข้อผิดพลาดสะสมสำหรับการเผยแพร่ข้อผิดพลาดมาตรฐาน (สำหรับวงจรที่อนุญาตให้เผยแพร่ข้อผิดพลาด)

(ในที่สุดแล้วเราจะไม่สามารถหลีกเลี่ยงการแพร่กระจายข้อผิดพลาดได้) "

หน้า 23: "การคาดคะเน B: ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีเสียงดังใด ๆ ในสถานะที่มีการพันกันสูงจะมีผลอย่างมากของการซิงโครไนซ์ข้อผิดพลาด

เราควรอธิบายอย่างไม่เป็นทางการ ณ จุดนี้ว่าทำไมการคาดคะเนเหล่านี้หากเป็นจริงนั้นสร้างความเสียหาย เราเริ่มต้นด้วย Conjecture B. สถานะของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้รหัสแก้ไขข้อผิดพลาดที่จำเป็นสำหรับ FTQC นั้นมีการพันกันอย่างมาก (โดยคำจำกัดความที่เป็นทางการของ“ high entanglement”) การคาดคะเน B จะบอกเป็นนัยว่าในทุกรอบคอมพิวเตอร์จะมีความน่าจะเป็นเล็กน้อย แต่น่าจะเป็นไปได้ที่จำนวนของข้อผิดพลาด qubits จะใหญ่กว่าขีด จำกัด มาก สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับสมมติฐานมาตรฐานที่ความน่าจะเป็นของจำนวนของข้อผิดพลาด qubits ที่มีขนาดใหญ่กว่าขีด จำกัด จะลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับจำนวนของ qubits มีความเป็นไปได้น้อยมาก แต่มีจำนวน qubits ที่จะผิดพลาดก็เพียงพอที่จะทำให้รหัสการแก้ไขข้อผิดพลาดของควอนตัมล้มเหลว ".

ดูบทความของเขาด้วย: " คอมพิวเตอร์ควอนตัมล้มเหลวอย่างไร: รหัสควอนตัม, สหสัมพันธ์ในระบบทางกายภาพ, และการสะสมเสียง "

หลายคนเลิกและเปลี่ยนไปมากดูที่หน้า Wikipedia: " ทฤษฎีบทควอนตัมควอนตัม " หรือบทความนี้ " การคำนวณควอนตัมเชิงทดลองบนคิวบิทที่เข้ารหัสด้วยโทโพโลยี " ยังมีบทความนี้เกี่ยวกับมาตรวิทยาทางควอนตัม ของการเชื่อมโยงกันและพัวพันเป็นทรัพยากรควอนตัมเชิงมาตรวิทยาช่วยให้การปรับปรุงความแม่นยำในการวัดจากการยิงเสียงรบกวนหรือควอนตัม จำกัด ให้เป็นขีด จำกัด ของไฮเซนเบิร์ก " ในกระดาษของพวกเขา: " มาตรวิทยาควอนตัมกับ qutrit transmon " โดยใช้มิติเพิ่มเติม

ฉันไม่สามารถแสดงความเห็นเฉพาะข้อโต้แย้งของเขาเพราะฉันไม่ได้อ้างว่าเข้าใจพวกเขาอย่างเต็มที่ แต่โดยทั่วไปเราต้องสงสัยว่ากลศาสตร์ควอนตัมจะยังคงใช้ได้สำหรับระบบควิบิตและรัฐที่อยู่ในพื้นที่ฮิลแบร์ต

ฟิสิกส์คือทั้งหมดที่เกี่ยวกับการสังเกตธรรมชาติการสร้างทฤษฎีการยืนยันทฤษฎีและจากนั้นหาที่ที่พวกเขาสลาย จากนั้นวงจรจะเริ่มต้นอีกครั้ง

เราไม่เคยมีระบบควอนตัมที่สะอาดควบคุมดีและมีขนาดใหญ่เท่ากับโปรเซสเซอร์ควอนตัมในปัจจุบัน อุปกรณ์ที่สามารถดึง 'อำนาจสูงสุด' นั้นยิ่งกว่าประสบการณ์การทดลองในปัจจุบันของเรา ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจหากมุมที่ยังไม่ผ่านการตรวจสอบของ QM อาจเป็นที่ที่มันหยุดพักทั้งหมด บางทีผลกระทบ 'โพสต์ควอนตัม' ใหม่อาจปรากฏขึ้นซึ่งทำหน้าที่เป็นรูปแบบของเสียงที่ไม่สามารถแก้ไขได้

แน่นอนว่าพวกเราส่วนใหญ่ไม่คิดว่าจะเป็นเช่นนั้น และเราหวังว่ามันจะไม่เกิดขึ้นหรือไม่มีคอมพิวเตอร์ควอนตัม อย่างไรก็ตามเราต้องเปิดกว้างต่อความเป็นไปได้ที่เราผิด

และชนกลุ่มน้อยที่คิดว่าการคำนวณควอนตัมจะล้มเหลวควรเปิดรับแนวคิดที่ผิดเช่นกัน หวังว่าพวกเขาจะไม่กลายเป็นแบรนด์ใหม่ของ 'ปฏิเสธการละเมิดเบลล์'