Apa yang secara khusus membuat komputer kuantum bermanfaat?

Saya tahu bahwa komputer kuantum dapat memproses superposisi semua keadaan yang mungkin dengan sekali melewati logika.

Tampaknya itulah yang ditunjuk orang sebagai apa yang membuat komputer kuantum istimewa atau berguna.

Namun setelah Anda memproses input superposisi, Anda memiliki hasil superposisi, di mana Anda hanya dapat mengajukan satu pertanyaan dan itu runtuh menjadi satu nilai. Saya juga tahu bahwa itu (saat ini?) Tidak mungkin untuk mengkloning negara superposisi, sehingga Anda terjebak dengan mendapatkan jawaban untuk satu pertanyaan itu.

Dalam kedua kasus, sepertinya kemampuan multi-pemrosesan benar-benar tidak memberi Anda apa-apa karena ini efektif seolah-olah hanya satu negara yang diproses.

Apakah saya salah mengartikan hal-hal, atau apakah manfaat nyata dari komputasi kuantum berasal dari sesuatu yang lain?

Adakah yang bisa menjelaskan hal lain itu?

Gangguan destruktif adalah hal utama yang membuat komputer kuantum lebih kuat. Dalam perhitungan probabilistik klasik, memiliki dua jalur menuju keluaran selalu membuat hasil itu lebih mungkin. Dalam komputer kuantum, itu dapat membuat hasil lebih kecil kemungkinannya.

Algoritma kuantum dirancang dengan cermat sehingga jawaban yang salah cenderung terganggu secara destruktif, hanya menyisakan solusi yang diinginkan sebagai hasil pengukuran. Ini sulit dilakukan, dan tidak setiap masalah memungkinkan. Algoritma Pencarian Grover adalah contoh yang sangat baik dari efek ini, jadi inilah posting tingkat pemula tentang algoritma Grover .

Properti bermanfaat komputer kuantum lainnya memiliki akses ke:

• Keterikatan untuk peningkatan koordinasi dan komunikasi (mis. Pemecahan simetri , pengkodean superdense , pemukulan tes bel ).
• The prinsip ketidakpastian untuk kriptografi (misalnya kuantum distribusi kunci , Einstein-bersertifikat angka acak ).
• Memanipulasi keadaan fisik aktual untuk menerapkan sensor kuantum dan peralatan laboratorium lainnya (siapa yang tidak mau penguji bom kontrafaktual ?).

(Scott Aaronson suka mengatakan segala sesuatu yang menarik tentang kuantum adalah karena superposisi mempertahankan 2-norma alih-alih 1-norma seperti distribusi probabilitas. Semua efek berguna yang lebih spesifik yang saya sebutkan berasal dari matematika yang mendasarinya.)

Beberapa pertanyaan Anda adalah pertanyaan teoretis terbuka. Ada beberapa cara untuk menjawab pertanyaan Anda. Cara umum untuk berpikir tentang komputasi QM adalah bahwa ia memanfaatkan spintronics yaitu properti kuantum spin untuk komputasi. Jadi itu adalah langkah logis berikutnya dalam miniaturisasi elektronik / logika, dan perhitungan secara umum. Ada batasan teoretis tentang lebar gerbang yang sedang disikat dalam teknologi fabrikasi saat ini, sebuah akibat dari hukum Moores dan spintronics mewakili "perbatasan berikutnya".

$2^x$$x$adalah jumlah qubit, yaitu kenaikan eksponensial dalam kemampuan komputasi untuk peningkatan linear dalam qubit. Ini kedengarannya hampir seperti fiksi ilmiah tetapi tampaknya properti "nyata / intrinsik" sejauh yang diketahui orang.

Sebuah terobosan kunci pada tahun 1996 adalah algoritma Shor , yang menunjukkan anjak piutang dapat diselesaikan dalam "waktu polinmomial kuantum" dan itu dikreditkan sebagai penghasut minat utama dalam komputasi kuantum. Anjak tentu saja merupakan jantung dari sistem kriptografi modern dalam algoritma RSA yang banyak digunakan .

Ini adalah pertanyaan teoretis terbuka jika komputer kuantum dapat memecahkan masalah besar lainnya dalam waktu "lebih cepat". Ini dikenal sebagai BPP =? Pertanyaan BQP .

Komputer QM kontroversial dibangun oleh DWave yang telah terbukti "berguna" dalam memecahkan beberapa masalah, dan mereka telah berhasil menunjukkan bentuk penskalaan kuantum pada jenis sistem QM "agak lemah" yang dikenal sebagai komputasi adiabatik . Ini adalah pertanyaan terbuka apakah itu dapat / akan pernah menunjukkan peningkatan kecepatan tegas, aktif dalam penelitian misalnya oleh Google, NASA, Lockheed dll.

Singkatnya, komputer kuantum tidak persis "berguna" dalam arti yang sama dengan komputer klasik, bahwa sifat tepat kegunaannya sedang diteliti secara aktif, dan hanya sistem terbatas / eksperimental / prototipe yang saat ini ada. Mereka diperkirakan "paling tidak berguna" seperti perhitungan konvensional pada realisasinya, dan mungkin / mudah-mudahan "lebih bermanfaat" dalam cara-cara tertentu yang tidak dapat diperkirakan.

Jawaban yang agak kontroversial, tetapi ingatlah itu.

saya tidak akan mengatakan apa pun yang membuat komputer kuantum lebih berguna (setidaknya saat ini)!

Tentu, perlakuan teoritis standar mekanika kuantum ke dalam komputasi, sehubungan dengan perlakuan teoretis klasik, memang menawarkan kemungkinan-kemungkinan baru (seperti yang dicatat oleh jawaban lain). Jadi, apa tangkapannya di sini?

$P$$NP$

Referensi terkait:

1. Apakah ada bukti formal bahwa komputasi kuantum atau akan lebih cepat daripada komputasi klasik?
2. Komputer kuantum ditiru oleh sistem klasik ( kertas IOP )
3. 'Quantum Computer' Pertama, Tidak Lebih Cepat dari PC Klasik
4. Dapatkah pengukuran kuantum mengalahkan komputer klasik?
5. Mengalahkan komputer kuantum dengan mensimulasikan mekanika kuantum