ควอนตัมคอมพิวเตอร์

ถามตอบสำหรับวิศวกรนักวิทยาศาสตร์โปรแกรมเมอร์และผู้เชี่ยวชาญด้านคอมพิวเตอร์ที่สนใจในการคำนวณควอนตัม

1
การเชื่อมโยงควอนตัมในคอมเพล็กซ์ FMO มีความสำคัญต่อการคำนวณควอนตัมหรือไม่ (บนพื้นผิวทางชีวภาพ)?
ผลกระทบเชิงควอนตัมของ FMO คอมเพล็กซ์ (คอมเพล็กซ์เก็บเกี่ยวแสงสังเคราะห์ที่พบในแบคทีเรียซัลเฟอสีเขียว) ได้รับการศึกษาเป็นอย่างดีเช่นเดียวกับผลกระทบควอนตัมในระบบสังเคราะห์แสงอื่น ๆ หนึ่งในสมมติฐานที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการอธิบายปรากฏการณ์เหล่านี้ (มุ่งเน้นไปที่ FMO คอมเพล็กซ์) คือการขนส่งควอนตัมสิ่งแวดล้อม - ช่วย (ENAQT) อธิบายโดยRebentrost et al . กลไกนี้อธิบายถึงวิธีที่เครือข่ายควอนตัมบางอย่างสามารถ "ใช้" decoherence และผลกระทบของสภาพแวดล้อมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการขนส่งควอนตัม โปรดทราบว่าผลกระทบควอนตัมเกิดขึ้นจากการขนส่งของexcitonsจากเม็ดสีหนึ่ง (คลอโรฟิล) ในคอมเพล็กซ์ไปยังอีก (มีคำถามที่กล่าวถึงผลกระทบเชิงควอนตัมของ FMO ที่ซับซ้อนในรายละเอียดเพิ่มเติมเล็กน้อย) ระบุว่ากลไกนี้ช่วยให้เกิดผลกระทบควอนตัมที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้องโดยไม่มีผลกระทบเชิงลบจาก decoherence โปรแกรมใด ๆ ของพวกเขาสำหรับการคำนวณควอนตัม? มีตัวอย่างของระบบที่ใช้ ENAQT และผลกระทบควอนตัมที่เกี่ยวข้อง อย่างไรก็ตามพวกเขานำเสนอเซลล์แสงอาทิตย์ biomimetic เป็นโปรแกรมที่มีศักยภาพและไม่ได้มุ่งเน้นไปที่การใช้งานในการคำนวณควอนตัม เดิมทีมีการสันนิษฐานว่าคอมเพล็กซ์ FMO ทำการค้นหาอัลกอริทึมของโกรเวอร์อย่างไรก็ตามจากสิ่งที่ฉันเข้าใจตอนนี้ได้แสดงให้เห็นแล้วว่านี่ไม่เป็นความจริง มีการศึกษาสองสามอย่างที่ใช้ chromophores และ substrates ที่ไม่พบในชีววิทยา (จะเพิ่มการอ้างอิงในภายหลัง) อย่างไรก็ตามฉันต้องการที่จะมุ่งเน้นไปที่ระบบที่ใช้สารตั้งต้นทางชีวภาพ แม้แต่สารตั้งต้นทางชีวภาพยังมีตัวอย่างของระบบวิศวกรรมที่ใช้ …

2
จะพิสูจน์ / หักล้างความเป็นสากลสำหรับประตูได้อย่างไร?
ชุดประตูสากลสามารถเลียนแบบการทำงานของประตูชนิดอื่น ๆ ได้รับประตูมากพอ ตัวอย่างเช่นชุดสากลของประตูควอนตัมเป็น Hadamard ( HHH ) ที่π/8π/8\pi/8เฟสกะ ( TTT ) และCNOTCNOT\mathrm{CNOT}ประตู วิธีการหนึ่งที่พิสูจน์หักล้างหรือจะพิสูจน์ความเป็นสากลของชุดของประตูเช่น{H,T}{H,T}\{H,T\} , {CNOT,T}{CNOT,T}\{\mathrm{CNOT},T\}หรือ{CNOT,H}{CNOT,H}\{\mathrm{CNOT}, H\} ?

2
อัลกอริทึมของ Grover: ตัวอย่างชีวิตจริงหรือไม่?
ฉันค่อนข้างสับสนเกี่ยวกับวิธีการใช้อัลกอริทึมของ Grover ในทางปฏิบัติและฉันต้องการขอความช่วยเหลือในการอธิบายผ่านตัวอย่าง สมมติว่าฐานข้อมูลองค์ประกอบที่มีสีแดง, ส้ม, เหลือง, เขียว, ฟ้า, น้ำเงิน, ครามและม่วงไม่จำเป็นต้องเรียงตามลำดับนี้ เป้าหมายของฉันคือค้นหา Red ในฐานข้อมูลN=8N=8N=8 อินพุตสำหรับอัลกอริทึมของ Grover คือ qubits โดยที่ 3 qubits เข้ารหัสดัชนีของชุดข้อมูล ความสับสนของฉันมาที่นี่ (อาจจะสับสนเกี่ยวกับสถานที่ดังนั้นแทนที่จะพูดว่าความสับสนเกิดขึ้นที่นี่) ตามที่ฉันเข้าใจแล้ว oracle จะค้นหาดัชนีของชุดข้อมูลอย่างใดอย่างหนึ่ง (แทนด้วยการซ้อนทับของ 3 qubits) และยิ่งไปกว่านั้น oracle คือ "hardcoded" สำหรับดัชนีที่ควรค้นหาn=log2(N=8)=3n=log2⁡(N=8)=3n = \log_2(N=8) = 3 คำถามของฉันคือ: ฉันผิดอะไรที่นี่ หาก oracle กำลังมองหาดัชนีตัวใดตัวหนึ่งในฐานข้อมูลนั่นหมายความว่าเรารู้แล้วว่าเรากำลังค้นหาดัชนีตัวใดอยู่ทำไมจึงต้องค้นหา เมื่อพิจารณาตามเงื่อนไขข้างต้นด้วยสีใครบางคนสามารถชี้ให้เห็นว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่โกรเวอร์มองหาชุดสีแดงในชุดข้อมูลที่ไม่มีโครงสร้าง มีการใช้งานสำหรับอัลกอริทึมของ Grover โดยมี oracle สำหรับค้นหา | …

3
“ การวัดในระดับหนึ่ง” หมายความว่าอย่างไร
ในบทความ Wikipedia เกี่ยวกับBell ระบุว่ามันถูกเขียน: วัดอิสระทำในสอง qubits ที่ทอดในเบลล์ระบุความสัมพันธ์เชิงบวกอย่างสมบูรณ์แบบถ้าแต่ละ qubit เป็นวัดในพื้นฐานที่เกี่ยวข้อง มันหมายความว่าอย่างไรในการทำการวัดในบางอย่าง? คุณสามารถตอบโดยใช้ตัวอย่างของรัฐ Bell ของบทความ Wikipedia


3
ความสามารถในการปรับขนาดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมดักจับไอออน
ความเข้าใจของฉันคือสนามแม่เหล็กที่ต้องใช้ในการจับไอออนที่อยู่ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมดักจับไอออนมีความซับซ้อนมากและด้วยเหตุนี้ในปัจจุบันมีคอมพิวเตอร์เพียง 1-D เท่านั้นที่เป็นไปได้จึงลดความสะดวกในการสื่อสารระหว่าง qubits ดูเหมือนจะมีข้อเสนอสำหรับระบบ 2 มิติโดยใช้กับดัก Paul ในบทความนี้แต่ดูเหมือนว่าฉันจะไม่พบว่าสิ่งนี้ได้รับการทดสอบจริงหรือไม่ ความสามารถในการปรับขยายของคอมพิวเตอร์ควอนตัมกับดักควอนตัมนั้นขึ้นอยู่กับสิ่งนี้เพียงลำพัง (ไม่ว่าไอออนจะถูกจัดเรียงในรูปแบบอื่นนอกเหนือจากเส้นตรง) หรือไม่ก็ตาม หากก่อนหน้านี้มีความคืบหน้าอะไรบ้าง? หากหลังสิ่งที่เป็นปัจจัยอื่น ๆ ?

2
อะไรคือเหตุผลทางคณิตศาสตร์สำหรับ“ ความเป็นสากล” ของชุดควอนตัมประตูสากล (CNOT, H, Z, X และπ / 8)
ในคำตอบนี้ฉันได้กล่าวว่าประตู CNOT, H, X, Z และเป็นชุดประตูสากลที่ให้จำนวนประตูเพียงพอสามารถเข้ามาใกล้กับประตูควอนตัมแบบรวม (โดยไม่รู้ตัว) ความจริงจากการบรรยาย EdX ของศาสตราจารย์ Umesh Vazirani) แต่มีเหตุผลทางคณิตศาสตร์สำหรับสิ่งนี้หรือไม่? ควรจะมี! ฉันพยายามค้นหาเอกสารที่เกี่ยวข้อง แต่หาได้ไม่มากπ/8π/8\pi/8

2
สถานะปัจจุบันของศิลปะในอัลกอริทึมการเรียงลำดับควอนตัมคืออะไร?
จากคำตอบที่ยอดเยี่ยมสำหรับคำถามเกี่ยวกับควอนตัมโบกอร์ทฉันก็สงสัยว่าสถานะปัจจุบันของศิลปะในอัลกอริทึมควอนตัมสำหรับการเรียงลำดับคืออะไร เพื่อความแม่นยำการเรียงลำดับจะถูกกำหนดที่นี่เป็นปัญหาต่อไปนี้: รับอาร์เรย์ของจำนวนเต็ม ( อย่าลังเลที่จะเลือกการเป็นตัวแทนของคุณแต่ชัดเจนเกี่ยวกับเรื่องนี้ฉันคิดว่านี่ไม่ใช่เรื่องไม่สำคัญ!) ของขนาดเราต้องการเปลี่ยนอาร์เรย์นี้เป็นอาร์เรย์เช่นเดียวกับอาร์เรย์ 'คือ reshufflings ของกันและกันและถูกจัดเรียงนั่นคือสำหรับทั้งหมดAAAAAAnnnAsAsA_sAsAsA_sAs[i]≤As[j]As[i]≤As[j]A_s[i]\leq A_s[j]i≤ji≤ji\leq j สิ่งที่รู้เกี่ยวกับเรื่องนี้? มีขอบเขตความซับซ้อนหรือการคาดเดาสำหรับบางรุ่นหรือไม่? มีอัลกอริทึมในทางปฏิบัติหรือไม่? เราสามารถเอาชนะการคัดแยกแบบคลาสสิกได้ (แม้ในกลุ่มbucketหรือradix sort ที่เกมของพวกเขาเอง (เช่นในกรณีที่ทำงานได้ดีหรือไม่))

2
ได้รับการสลายตัวสำหรับรวม
สมมติว่าเรามีวงจรย่อยสลายของรวมกันโดยใช้ชุดเกต Universal gate (ตัวอย่างเช่น CNOT-gates และยูนิต qubit เดี่ยว) มีทางตรงที่จะเขียนลงวงจรของการควบคุมที่สอดคล้องกันการรวมกันC Uโดยใช้ชุดเดียวกันประตูสากล?ยูUUคยูCUC_U ตัวอย่างเช่นใช้เป็นวงจร:ยู= i Y= HXHXU=iY=HXHXU=i Y = H X H X เราสามารถแทนที่ประตูด้วยC X (CNOT) ประตูเพื่อรับC U :XXXคXCXC_XคยูCUC_U สิ่งนี้ได้ผลเพราะถ้า qubit ควบคุมอยู่ในสถานะการกระทำของเป้าหมายคือH 2 = Iในขณะที่สำหรับ| 1 ⟩มันใช้วงจรสำหรับU สำหรับU ที่แตกต่างกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้ามันทำงานกับหลาย qubits การเกิดวงจรเช่นนี้อาจจะยุ่งยาก มีสูตรที่จะได้รับวงจรของซียูระบุว่าคุณรู้วิธีการสร้างU ?| 0⟩|0⟩|0\rangleH2=IH2=IH^2=\mathbb{I}|1⟩|1⟩|1\rangleUUUUUUCUCUC_UUUU

2
อะไรทำให้การคำนวณควอนตัมแตกต่างจากการคำนวณแบบดั้งเดิมแบบสุ่ม?
หนึ่งในหลาย ๆ สิ่งที่ทำให้ฉันสับสนในด้าน QC คือสิ่งที่ทำให้การวัด qubit ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมแตกต่างจากการเลือกสุ่ม (ในคอมพิวเตอร์คลาสสิค) (ไม่ใช่คำถามจริงของฉัน) สมมติว่าฉันมี qubits และสถานะของฉันเป็นเวกเตอร์ของพวกเขากว้างของคลื่น{T} 1nnn( ก1,2, … , an)T(a1,a2,...,an)T(a_1,a_2,\dots,a_n)^\mathrm{T} หากฉันผ่านสถานะนั้นผ่านประตูบางแห่งและดำเนินการควอนตัมทุกประเภท (ยกเว้นการวัด) แล้วฉันจะวัดสถานะ ฉันจะได้รับหนึ่งในตัวเลือกเท่านั้น (ด้วยความน่าจะเป็นที่แตกต่างกัน) แล้วความแตกต่างระหว่างการทำเช่นนั้นกับการสร้างตัวเลขสุ่มจากการแจกแจงที่ซับซ้อน / ซับซ้อน? อะไรทำให้การคำนวณควอนตัมแตกต่างอย่างมากจากการสุ่มแบบคลาสสิก? ฉันหวังว่าฉันจะไม่เข้าใจผิดว่าสถานะเป็นตัวแทน สับสนเกี่ยวกับเรื่องนั้นเช่นกัน ...

1
การประมาณประตูผ่านสเกลประตูสากลด้วยความยาวของการคำนวณอย่างไร
ผมเข้าใจว่ามีหลักฐานที่สร้างสรรค์ที่ประตูโดยพลการจะสามารถประมาณการโดย จำกัด ชุดประตูสากลซึ่งเป็นSolovay-Kitaev ทฤษฎีบท อย่างไรก็ตามการประมาณแนะนำข้อผิดพลาดซึ่งจะแพร่กระจายและสะสมในการคำนวณที่ยาวนาน สิ่งนี้น่าจะมีขนาดที่ไม่ดีกับความยาวของการคำนวณหรือไม่ อาจเป็นไปได้ว่าอาจใช้อัลกอริทึมการประมาณกับวงจรที่สมบูรณ์โดยรวมไม่ใช่ประตูเดียว แต่สเกลนี้มีความยาวของการคำนวณอย่างไร (เช่นสเกลการประมาณกับมิติของประตู) การประมาณค่าเกทนั้นเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์เกทอย่างไร เพราะฉันสามารถจินตนาการได้ว่าสิ่งนี้มีผลต่อความยาวสุดท้ายของการคำนวณหรือไม่ รบกวนฉันมากยิ่งขึ้น: จะเกิดอะไรขึ้นหากความยาวของการคำนวณไม่เป็นที่รู้จักในขณะที่ลำดับเกตถูกรวบรวม?

3
คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถกำหนดเวลาการผสมของกลุ่มลูกบาศก์ของรูบิคได้อย่างง่ายดายหรือไม่?
เจ้าหน้าที่ในทัวร์นาเมนต์คิวบ์ของ Rubik ใช้สองวิธีที่แตกต่างกันในการตรวจสอบคิวบ์ ปัจจุบันพวกเขาทำลายก้อนออกจากกันและรวมกันอีกครั้ง cubies ในการสุ่มของรูบิคคิวบ์กลุ่มGก่อนหน้านี้พวกเขาจะใช้การสุ่มลำดับของ Singmaster ย้ายRG กรัม⟨ U , D , F , B , L , R ⟩π∈Gπ∈G\pi\in GGGGggg⟨U,D,F,B,L,R⟩⟨U,D,F,B,L,R⟩\langle U,D, F, B, L, R\rangle อย่างไรก็ตามความยาวของคำ - จำนวนของการเคลื่อนไหวแบบสุ่มจำเป็นเพื่อที่จะได้อย่างเต็มที่แย่งก้อนดังกล่าวว่าแต่ละพีชคณิตเป็นประมาณเท่า ๆ กันน่าจะเกิดขึ้น - ไม่เป็นที่รู้จักในปัจจุบัน แต่จะต้องเป็น อย่างน้อย 20 ความยาวเสื้อสามารถเรียกเวลาผสมของสุ่มเดินบนกราฟเคย์ลีของกลุ่มลูกบาศก์รูบิคที่สร้างขึ้นโดยย้าย Singmaster \ langle U, D, F, B, L, Rtttggg∥G∥=43,252,003,274,489,856,000‖G‖=43,252,003,274,489,856,000\Vert G\Vert=43,252,003,274,489,856,000 202020ttt⟨U,D,F,B,L,R⟩⟨U,D,F,B,L,R⟩\langle U,D, …
13 algorithm 

1
ความสัมพันธ์ระหว่างประตู Toffoli กับกล่อง Popescu-Rohrlich คืออะไร?
พื้นหลัง ประตู Toffoli เป็นประตูลอจิกแบบคลาสสิกอินพุต 3 และ 3 เอาต์พุต มันจะส่งการy)) มันมีความสำคัญที่มันเป็นสากลสำหรับการคำนวณย้อนกลับ (คลาสสิก)(x,y,a)(x,y,a)(x, y, a)(x,y,a⊕(x⋅y))(x,y,a⊕(x⋅y))(x, y, a \oplus (x \cdot y)) กล่อง Popescu-Rohrlich เป็นตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของความสัมพันธ์ที่ไม่ใช่สัญญาณ มันต้องใช้คู่ของปัจจัยการผลิตและผลความพึงพอใจของดังกล่าวว่าและมีทั้งตัวแปรสุ่มเครื่องแบบ มันเป็นสากลสำหรับระดับหนึ่งของความสัมพันธ์ ( แต่ไม่ทั้งหมด ) ไม่ใช่สัญญาณ(x,y)(x,y)(x, y)(a,b)(a,b)(a, b)x⋅y=a⊕bx⋅y=a⊕bx \cdot y = a \oplus baaabbb ตาของฉันทั้งสองวัตถุที่มีลักษณะคล้ายอย่างมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเราเพิ่มกล่องประชาสัมพันธ์โดยมีมันเอาท์พุทy)) ช่อง PR 2 ช่องสัญญาณอินพุต 4 ช่อง "เป็น" ประตู Toffoli 3 ช่องสัญญาณ 3 ช่องสัญญาณ …

2
การเลือกโพสต์ในการคำนวณควอนตัมคืออะไร?
คอมพิวเตอร์ควอนตัมได้อย่างมีประสิทธิภาพสามารถแก้ปัญหานอนอยู่ในระดับความซับซ้อนBQP ฉันได้เห็นการอ้างสิทธิ์ที่สามารถทำได้ (อาจเป็นเพราะเราไม่รู้ว่า BQP เป็นเซตย่อยที่เหมาะสมหรือเท่ากับ PP) เพิ่มประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยการใช้การเลือกแบบโพสต์อิเล็คชันPP . การเลือกโพสต์หมายถึงอะไรที่นี่?

5
ฉันจะใช้ oracle ควอนตัมในอัลกอริทึมของ Deutsch ได้อย่างไร
ฉันพยายามจำลองอัลกอริธึมของ Deutsch (กรณีเบื้องต้นของอัลกอริธึม Deutsch-Josza) และฉันไม่แน่ใจว่าฉันจะดำเนินการตามควอนตัมพยากรณ์ที่จำเป็นสำหรับอัลกอริธึมในการทำงานได้อย่างไรโดยไม่ต้องเอาชนะวัตถุประสงค์ของอัลกอริธึม สิ่งที่ฟังก์ชั่นอินพุตคือโดยการประเมินฟังก์ชั่น

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.