ควอนตัมคอมพิวเตอร์

ในการอ่านเธรด Reddit นี้ฉันรู้ว่าแม้หลังจากผ่านไปสองเดือนของการเรียนรู้เกี่ยวกับการคำนวณควอนตัม เพื่อให้คำถามมีความแม่นยำมากขึ้นสมมติว่าเรามีคอมพิวเตอร์ควอนตัมตัวนำยิ่งยวดควอต 5-qubit (เช่นคอมพิวเตอร์ควอนตัม IBM 5 ควาบิต) ฉันพิมพ์โดยใช้แป้นพิมพ์ลงบนจอภาพ (พูดในแอปเครื่องคิดเลขพื้นฐานว่าอาจมีคอมพิวเตอร์ควอนตัม) หลังจากนั้นก็ควรจะกลับฉัน5 แต่เกิดขึ้นที่ระดับฮาร์ดแวร์หรือไม่ สัญญาณไฟฟ้าบางชนิดสอดคล้องกับอินพุต2 , 3และ+ไปที่หน่วยประมวลผลของคอมพิวเตอร์หรือไม่ อย่างนั้น "เริ่มต้น" คูเปอร์คู่อิเล็กตรอนหรือไม่ เกิดอะไรขึ้นกับคูเปอร์ qubits คู่อิเล็กตรอนหลังจากนั้น (คิดว่าพวกเขาต้องการจะทำงานโดยบางควอนตัมประตูซึ่งเป็นในทางกลับกันอีกครั้ง2 + 32+32+3555222333+++กล่องดำ )? ในที่สุดมันกลับมาฉันเอาท์พุทอย่างไร555 ฉันประหลาดใจที่ฉันสามารถคิดเกี่ยวกับการทำงานขั้นพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้เพียงเล็กน้อยด้วยการค้นหาบนอินเทอร์เน็ต

27 architecture  physical-realization  superconducting-quantum-computing 

ฉันต้องการทราบว่างานสำหรับอุปกรณ์ D-Wave นั้นเขียนด้วยรหัสและส่งไปยังอุปกรณ์อย่างไร ในคำตอบมันเป็นการดีที่สุดที่จะเห็นตัวอย่างเฉพาะสำหรับปัญหาง่ายๆ ฉันเดาว่า "Hello World" ของอุปกรณ์D-Waveน่าจะเป็นอะไรบางอย่างที่เหมือนกับการค้นหาสถานะพื้นของแบบจำลอง 2D Ising ที่เรียบง่ายเนื่องจากนี่เป็นปัญหาประเภทหนึ่งที่ฮาร์ดแวร์ได้รับรู้โดยตรง บางทีนี่อาจเป็นตัวอย่างที่ดีในการดู แต่ถ้าผู้ที่มีความเชี่ยวชาญเป็นตัวอย่างทางเลือกจะเหมาะสมฉันยินดีที่จะเห็นทางเลือกอื่น

27 d-wave  programming 

นี้บล็อกโพสต์โดยสกอตต์ Aaronsonเป็นคำอธิบายที่มีประโยชน์และเรียบง่ายของขั้นตอนวิธีของชอร์ ฉันสงสัยว่าถ้ามีเช่นคำอธิบายขั้นตอนวิธีควอนตัมที่มีชื่อเสียงมากที่สุดที่สอง: อัลกอริทึมของโกรเวอร์เพื่อการค้นหาเรียงลำดับฐานข้อมูลของขนาดO ( n )O(n)O(n)ในO ( n--√)O(n)O(\sqrt{n})เวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งฉันต้องการเห็นสัญชาตญาณที่เข้าใจได้สำหรับผลเริ่มต้นที่น่าประหลาดใจของเวลาทำงาน!

27 algorithm  complexity-theory  grovers-algorithm 

บัญชีข่าวยอดนิยมมาตรฐานของการคำนวณควอนตัมก็คือควอนตัมคอมพิวเตอร์ (QC) จะทำงานโดยแยกออกเป็นหลายสำเนาที่ไม่เกี่ยวข้องกันแบบเอกซ์โพเนนเชียลในเอกภพที่แตกต่างกันและมีการพยายามพิสูจน์ใบรับรองที่แตกต่างกัน สำเนาเดียวที่พบใบรับรองที่ถูกต้อง "ประกาศ" โซลูชันและสาขาอื่นหายไปอย่างน่าอัศจรรย์ คนที่รู้อะไรเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัมเชิงทฤษฎีรู้ว่าเรื่องนี้เป็นเรื่องไร้สาระอย่างสมบูรณ์และความคิดคร่าวๆที่อธิบายไว้ข้างต้นนั้นใกล้เคียงกับคอมพิวเตอร์ทัวริง (NTM) มากกว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัม นอกจากนี้คลาส compexity ของปัญหาที่แก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพโดย NTMs คือNPและโดย QCs คือBQPและคลาสเหล่านี้ไม่เชื่อว่าจะเท่ากัน ผู้คนพยายามที่จะแก้ไขงานนำเสนอที่ได้รับความนิยมอย่างถูกต้องชี้ให้เห็นว่าการบรรยายเรื่อง "หลายโลก" แบบง่าย ๆ เป็นการพูดเกินอำนาจของ QCs อย่างมากซึ่งไม่น่าเชื่อว่าจะสามารถแก้ปัญหาNP ได้อย่างสมบูรณ์ พวกเขามุ่งเน้นไปที่การบิดเบือนความจริงของกระบวนการวัด: ในกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งผลลัพธ์ที่คุณวัดจะถูกกำหนดโดยกฎเกิดและในสถานการณ์ส่วนใหญ่ความน่าจะเป็นของการวัดคำตอบที่ไม่ถูกต้องสมบูรณ์จะเพิ่มความน่าจะเป็น (และในบางกรณีเช่นการค้นหากล่องดำเราสามารถพิสูจน์ได้ว่าไม่มีวงจรควอนตัมที่ฉลาดสามารถเอาชนะกฎกำเนิดและส่งมอบการเร่งความเร็วแบบเอกซ์โปเนนเชียล) ถ้าเราทำได้อย่างน่าอัศจรรย์ "ตัดสินใจว่าจะวัด" แล้วเราจะสามารถที่จะมีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาทั้งหมดในระดับความซับซ้อนPostBQPซึ่งเชื่อว่าจะมากขนาดใหญ่กว่าBQP แต่ฉันไม่เคยเห็นใครบอกอย่างชัดเจนว่ามีอีกวิธีหนึ่งที่ลักษณะตัวละครยอดนิยมผิดซึ่งไปในทิศทางอื่น เชื่อว่าBQPไม่ใช่เซตย่อยที่เข้มงวดของNPแต่แทนที่จะหาที่เปรียบไม่ได้ มีปัญหาเช่นการตรวจสอบฟูริเยร์ซึ่งเชื่อว่าไม่เพียง แต่จะอยู่นอกNPเท่านั้น แต่อันที่จริงแล้วยังอยู่นอกลำดับชั้นพหุนามPHทั้งหมด ดังนั้นด้วยความเคารพต่อปัญหาเช่นนี้การเล่าเรื่องที่ได้รับความนิยมจริง ๆภายใต้รัฐมากกว่าการพูดเกินกำลังของ QCs สัญชาตญาณที่ไร้เดียงสาของฉันคือถ้าเราสามารถ "เลือกสิ่งที่จะวัด" การบรรยายที่ได้รับความนิยมจะถูกต้องมากขึ้นหรือน้อยลงซึ่งจะบอกเป็นนัยว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมระดับสุดยอดเหล่านี้จะสามารถแก้ปัญหาNPได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่เราเชื่อว่านี่เป็นสิ่งที่ผิด ในความเป็นจริงPostBQP = PPซึ่งเราเชื่อว่าจะเป็นซูเปอร์เข้มงวดของNP มีสัญชาตญาณสำหรับสิ่งที่เกิดขึ้นหลังฉากที่ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องทัวริงเทอเรซ "พลังควอนตัม" โดยเนื้อแท้เมื่อรวมกับการเลือกโพสต์ (ซึ่งในความเป็นจริงมีอยู่แล้ว) คือสิ่งที่ทำให้ซุปเปอร์ …

26 speedup  complexity-theory  bqp 

การเคลื่อนย้ายสถานะควอนตัมเป็นโปรโตคอลข้อมูลควอนตัมที่มีการถ่ายโอนควิบิตระหว่างสองฝ่ายโดยใช้สถานะเริ่มต้นที่ใช้ร่วมกันเริ่มต้นวัดระฆังการสื่อสารแบบดั้งเดิมและการหมุนในท้องถิ่น เห็นได้ชัดว่ามีบางสิ่งที่เรียกว่า teleportation ควอนตัมคืออะไรและใช้ทำอะไร? ฉันสนใจแอพพลิเคชั่นที่เป็นไปได้ในการจำลองวงจรควอนตัม

25 quantum-gate  quantum-information  teleportation 

เรียบง่าย. ไม่กฎของมัวร์นำไปใช้กับคอมพิวเตอร์ควอนตัมหรือมันจะคล้ายกัน แต่มีตัวเลขที่ปรับ (อดีต. อเนกประสงค์ทุก 2 ปี) นอกจากนี้หากกฎของมัวร์ไม่ได้นำไปใช้ทำไม qubits ถึงเปลี่ยนมัน?

25 classical-computing  history  scalability 

(ขออภัยสำหรับคำถามที่ค่อนข้างชำนาญ) ฉันศึกษาการคำนวณควอนตัมตั้งแต่ปีพ. ศ. 2547 ถึง 2550 แต่ฉันก็ไม่ได้ติดตามสนามตั้งแต่นั้นมา ในขณะที่มีจำนวนมากเกินจริงและพูดคุยของ QC อาจแก้ปัญหาทุกประเภทโดย outperforming คอมพิวเตอร์คลาสสิก แต่ในทางปฏิบัติมีเพียงสองนวัตกรรมทางทฤษฎี: อัลกอริทึมของ Shor ซึ่งแสดงความเร็วอย่างมีนัยสำคัญ แต่มีการบังคับใช้ที่ จำกัด และไม่ได้มีประโยชน์มากนักนอกเหนือจากการแยกตัวประกอบจำนวนเต็ม อัลกอริธึมของโกรเวอร์ซึ่งสามารถใช้กับปัญหาในวงกว้าง (เนื่องจากสามารถใช้เพื่อแก้ปัญหา NP-Complete) แต่แสดงเฉพาะความเร็วพหุนามเมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม ควอนตัมหลอมก็พูดคุยกัน แต่ก็ไม่ชัดเจนว่ามันดีกว่าการจำลองแบบดั้งเดิมหรือไม่ QC ที่ใช้การวัดและการแสดงสถานะกราฟของ QC ก็เป็นหัวข้อที่ร้อนแรงเช่นกัน มีความคืบหน้าในด้านของอัลกอริทึมควอนตัมมาตั้งแต่ไหนแล้ว? โดยเฉพาะอย่างยิ่ง: มีอัลกอริธึมทำลายพื้นดินอย่างแท้จริงนอกเหนือจากโกรเวอร์และชอร์หรือไม่? มีความคืบหน้าในการกำหนดความสัมพันธ์ของ BQP กับ P, BPP และ NP หรือไม่? เรามีความคืบหน้าในการทำความเข้าใจธรรมชาติของควอนตัมเร็วขึ้นกว่าที่บอกว่า "มันต้องเป็นเพราะการพัวพัน"?

25 speedup  grovers-algorithm  shors-algorithm 

มีคำแถลงทั่วไปเกี่ยวกับปัญหาประเภทใดที่สามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม (รุ่นควอนตัมเกตเท่านั้น)? ปัญหาที่อัลกอริทึมเป็นที่รู้จักกันในปัจจุบันมีคุณสมบัติทั่วไปหรือไม่? เท่าที่ฉันเข้าใจการคำนวณควอนตัมช่วยด้วยปัญหากลุ่มย่อยที่ซ่อนอยู่ (ชอร์); อัลกอริทึมของ Grover ช่วยแก้ไขปัญหาการค้นหาอย่างรวดเร็ว ฉันได้อ่านว่าอัลกอริทึมควอนตัมสามารถให้ความเร็วถ้าคุณมองหา 'คุณสมบัติทั่วโลก' ของฟังก์ชั่น (Grover / Deutsch) มีข้อความที่กระชับและถูกต้องมากขึ้นเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัมที่สามารถช่วยได้หรือไม่? เป็นไปได้หรือไม่ที่จะให้คำอธิบายว่าทำไมฟิสิกส์ควอนตัมสามารถช่วยได้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งที่ลึกซึ้งกว่าที่ และทำไมมันอาจจะไม่ช่วยปัญหาอื่น ๆ (เช่นสำหรับปัญหา NP-complete) มีเอกสารที่เกี่ยวข้องที่พูดถึงเรื่องนี้หรือไม่? ฉันเคยถามคำถามนี้มาก่อนในcstheory.stackexchange.comแต่อาจเหมาะสมกว่าที่นี่

24 algorithm  speedup  complexity-theory 

การดำเนินการเชิงควอนตัมทั้งหมดต้องรวมกันเพื่อให้สามารถกลับรายการได้ แต่จะเกี่ยวกับการวัดอย่างไร การวัดสามารถแสดงเป็นเมทริกซ์และเมทริกซ์นั้นถูกนำไปใช้กับ qubits ดังนั้นดูเหมือนว่าจะเทียบเท่ากับการทำงานของประตูควอนตัม ไม่สามารถย้อนกลับได้แน่นอน มีสถานการณ์ใดบ้างที่อาจได้รับอนุญาตจากประตูที่ไม่ใช่การรวมกัน?

23 quantum-gate  measurement  unitarity  quantum-operation 

ผู้คนจำนวนมากเชื่อว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นขั้นตอนสำคัญในการสร้างการเรียนรู้ของเครื่องใหม่และอัลกอริทึม AI ที่สามารถเพิ่มพลังให้กับภาคสนามได้ แม้จะมีการศึกษาว่าสมองของเราอาจเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีข้อสรุปในหมู่นักวิจัย เนื่องจากฉันยังใหม่กับภาคสนามฉันต้องการทราบว่ามีการวิจัยบางอย่างในการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมใน AI ที่การพูดเชิงทฤษฎีอาจทำงานได้ดีกว่าในบางงาน

22 machine-learning  artificial-intelligence 

ในระดับพื้นฐานมากการอ่านหรือการวัดควิบิตบังคับให้อยู่ในสถานะหนึ่งหรืออีกสถานะหนึ่งดังนั้นการทำงานของคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อให้ได้ผลลัพธ์จะยุบสถานะเป็นหนึ่งในความเป็นไปได้มากมาย แต่เนื่องจากสถานะของแต่ละ qubit นั้นมีความเป็นไปได้แน่นอนนี่หมายความว่าผลที่ได้อาจเป็นไปได้อย่างใดอย่างหนึ่งโดยมีโอกาสที่แตกต่างกัน หากฉันรันโปรแกรมอีกครั้ง - ฉันควรคาดหวังว่าจะเห็นผลลัพธ์ที่แตกต่างกันหรือไม่? ฉันจะแน่ใจได้อย่างไรว่าฉันได้ผลลัพธ์ที่ "ดีที่สุด"? อะไรที่ทำให้มั่นใจ ฉันคิดว่ามันไม่สามารถวัดแบบชั่วคราวได้ดังที่อธิบายไว้ในคำถามนี้เนื่องจากมันจะไม่ยุบผลลัพธ์

22 error-correction  fault-tolerance 

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)

22 physical-realization  architecture 

Lieb-Robinson อธิบายถึงวิธีการแพร่กระจายของผลกระทบผ่านระบบเนื่องจากมิลโตเนียนท้องถิ่น พวกเขามักจะอธิบายไว้ในแบบฟอร์ม |[A,B(t)]|≤Cevt−l,|[A,B(t)]|≤Cevt−l, \left|[A,B(t)]\right|\leq Ce^{vt-l}, ที่และBมีผู้ประกอบการที่ได้รับการแยกออกจากกันเป็นระยะทางต่อลิตรในตาข่ายที่แฮมิลตันมีในท้องถิ่น (เช่นเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด) การโต้ตอบในตาข่ายที่กระโดดจากความแรงบางJ การพิสูจน์ของ Lieb Robinson bound มักแสดงการมีอยู่ของความเร็วvAAABBBlllJJJvvv(ขึ้นอยู่กับJJJ ) สิ่งนี้มักจะมีประโยชน์สำหรับการผูกคุณสมบัติในระบบเหล่านี้ ตัวอย่างเช่นมีบางผลลัพธ์ที่ดีจริง ๆที่นี่เกี่ยวกับระยะเวลาในการสร้างสถานะ GHZ โดยใช้ Hamiltonian เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด ปัญหาที่ผมเคยมีคือว่าหลักฐานอันมีทั่วไปพอว่ามันเป็นเรื่องยากที่จะได้รับค่าแน่นกับสิ่งที่ความเร็วจริงเป็นระบบใดก็ตาม หากต้องการเจาะจงให้จินตนาการถึงห่วงโซ่หนึ่งมิติของ qubits ควบคู่กับ Hamiltonian H=∑n=1NBn2Zn+∑n=1N−1Jn2(XnXn+1+YnYn+1),(1)(1)H=∑n=1NBn2Zn+∑n=1N−1Jn2(XnXn+1+YnYn+1), H=\sum_{n=1}^N\frac{B_n}{2}Z_n+\sum_{n=1}^{N-1}\frac{J_n}{2}(X_nX_{n+1}+Y_nY_{n+1}), \tag{1} ที่Jn≤JJn≤JJ_n\leq Jสำหรับทุกnnnnที่นี่XnXnX_n,YnYnY_nและZnZnZ_nเป็นตัวแทนของ Pauli ที่ถูกนำไปใช้กับ qubitnnnกำหนดและII\mathbb{I}อยู่ที่อื่น คุณสามารถให้ขอบเขตบนที่ดี (เช่นแน่นที่สุด) สำหรับความเร็ว Lieb-Robinsonvvvสำหรับระบบใน Eq (1)? คำถามนี้สามารถถามได้ภายใต้สมมติฐานที่แตกต่างกันสองข้อ: JnJnJ_nและBnBnB_nได้รับการแก้ไขทั้งหมดในเวลา JnJnJ_nและBnBnB_nได้รับอนุญาตให้แตกต่างกันในเวลา อดีตเป็นสมมติฐานที่แข็งแกร่งซึ่งอาจทำให้การพิสูจน์ง่ายขึ้นในขณะที่หลังมักจะรวมอยู่ในคำสั่งของขอบเขต Lieb-Robinson แรงจูงใจ การคำนวณควอนตัมและข้อมูลควอนตัมโดยทั่วไปทำให้เกิดสถานะควอนตัมที่น่าสนใจ จากการทำงานเช่นนี้เราจะเห็นว่าข้อมูลใช้เวลาพอสมควรในการเผยแพร่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งในระบบควอนตัมที่อยู่ระหว่างการวิวัฒนาการเนื่องจากมิลโตเนียนเช่นใน Eq …

22 simulation  performance  many-body-systems 

คำว่า "ควอนตัมอำนาจสูงสุด" - เพื่อความเข้าใจของฉัน - หมายความว่าเราสามารถสร้างและเรียกใช้อัลกอริทึมเพื่อแก้ปัญหาในคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ไม่สามารถแก้ไขได้ในเวลาจริงบนคอมพิวเตอร์ไบนารี อย่างไรก็ตามนั่นเป็นคำจำกัดความที่ค่อนข้างคลุมเครือ - อะไรจะนับเป็น "เวลาจริง" ในบริบทนี้ ต้องเป็นอัลกอริทึมเดียวกันหรือเป็นปัญหาเดียวกันหรือไม่ การไม่สามารถจำลองคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีขนาดบางขนาดย่อมไม่สามารถวัดได้ดีที่สุด

22 speedup  quantum-advantage 

อย่างที่ฉันเข้าใจมันสนามกลศาสตร์ควอนตัมเริ่มต้นขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เมื่อ Max Planck แก้ไขปัญหารังสีดำ - ดำ แต่ฉันไม่รู้ว่าเมื่อไรที่ความคิดของคอมพิวเตอร์ที่ใช้เอฟเฟกต์ควอนตัมแผ่ออกไป แหล่งแรกสุดที่เสนอความคิดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยใช้ qubits คืออะไร?

22 history