Apakah komputasi kuantum hanya kue di langit?

Saya memiliki gelar ilmu komputer. Saya bekerja di IT, dan telah melakukannya selama bertahun-tahun. Pada periode itu, komputer "klasik" telah maju pesat. Saya sekarang memiliki disk drive terabyte di laci kamar tidur saya di antara kaus kaki saya, ponsel saya memiliki kekuatan pemrosesan yang fenomenal, dan komputer telah merevolusi kehidupan kita.

Tapi sejauh yang saya tahu, komputasi kuantum tidak melakukan apa pun. Selain itu sepertinya akan tetap seperti itu. Komputasi kuantum telah ada sekarang untuk akhir yang tebal dari empat puluh tahun, dan komputasi nyata telah meninggalkannya dalam debu. Lihat garis waktu di Wikipedia, dan tanyakan pada diri sendiri di mana penambah paralelnya? Di mana setara dengan Atlas, atau MU5? Saya pergi ke Universitas Manchester, melihat sejarah di artikel Manchester Computers di Wikipedia. Komputer kuantum tidak menunjukkan kemajuan yang serupa. Au contraire, sepertinya mereka bahkan belum turun. Anda tidak akan membeli satu di Dunia PC dalam waktu dekat.

Apakah Anda akan pernah bisa? Apakah semua hype dan udara panas? Apakah komputasi kuantum hanya kue di langit? Apakah semuanya hanya selai-besok woo yang dijajakan oleh dukun kuantum ke publik yang mudah tertipu? Jika tidak, mengapa tidak?

Apakah komputasi kuantum hanya kue di langit?

Sejauh ini terlihat seperti ini. Kami telah meraih pie ini secara agresif selama tiga dekade terakhir tetapi tidak banyak berhasil. kita memang memiliki komputer kuantum sekarang, tetapi mereka bukan pie yang kita inginkan, yang merupakan komputer kuantum yang benar-benar dapat memecahkan masalah lebih cepat atau dengan efisiensi energi yang lebih baik daripada komputer klasik.

Anda tidak akan membeli satu di Dunia PC dalam waktu dekat.

Apakah Anda akan mampu melakukannya?

Kami tidak dapat memprediksi masa depan, tetapi jika saya harus menebak sekarang, saya akan mengatakan "tidak". Belum ada aplikasi yang komputasi kuantumnya cukup berharga. Sebaliknya kita mungkin memiliki komputer kuantum di sejumlah kecil lembaga khusus di mana perhitungan sangat khusus dilakukan (seperti superkomputer yang disebut Titan di Oak Ridge National Lab, atau seperti akselerator partikel cyclotron di mana percobaan khusus dilakukan).

Apakah semua hype dan udara panas?

Sebagian besar adalah hype, sayangnya.

Tetapi aplikasi dalam kimia kuantum memang bisa mengubah permainan. Alih-alih melakukan eksperimen yang melelahkan secara fisik pada ribuan kandidat molekul untuk obat atau pupuk, kita dapat mencari molekul terbaik di komputer. Molekul berperilaku kuantum secara mekanis, dan mensimulasikan mekanika kuantum tidak efisien pada komputer klasik, tetapi pada komputer kuantum. Sebagian besar investasi Google di QC adalah untuk aplikasi kimia [ 1 ].

Apakah semuanya hanya selai-besok woo yang dijajakan oleh dukun kuantum ke publik yang mudah tertipu? Jika tidak, mengapa tidak?

Sayangnya, banyak dari itu.

Anda mungkin salah satu siswa yang lebih berbakat di kelas Anda di Manchester University. Anda mungkin telah memperhatikan bahwa hanya ada beberapa dari Anda dan sejumlah besar siswa biasa-biasa saja dan sub-biasa-biasa saja. Ada fenomena serupa di tingkat profesor. Banyak profesor tidak merasa mudah atau "alami" untuk menulis proposal hibah yang diterima dengan baik, tetapi mereka membutuhkan dana untuk mempertahankan pekerjaan mereka, dan untuk memastikan gelar Ph.D. siswa tidak kelaparan mengalami konferensi ilmiah dan memiliki akses ke perangkat lunak yang mereka butuhkan.

Ketika seorang profesor menjadi:

• putus asa untuk pendanaan, atau

• terjebak dengan masalah lain dalam hidup, seperti harus merawat anak dengan kanker, atau

• sadar bahwa mereka tidak akan membuat penemuan ilmiah besar seperti yang dilakukan beberapa ilmuwan 100 tahun yang lalu, kehidupan menjadi lebih tentang bertahan hidup, menjaga keluarga yang bahagia, dan melakukan apa yang mereka nikmati daripada membuat dunia yang lebih baik bagi cucu cucu mereka. Sebagai seorang profesor, saya dapat memberi tahu Anda bahwa banyak kolega saya yang tidak "mulia" seperti yang sering dipahami oleh masyarakat.

Saya tahu sekitar 1000 orang dengan dana untuk bekerja dalam komputasi kuantum, dan tidak seorang pun tampaknya memiliki niat buruk untuk mengelabui "publik yang mudah tertipu" dengan cara yang menyeramkan. Sebagian besar dari kita hanya mengajukan hibah yang tersedia melalui universitas kita atau melalui pemerintah kita, dan kita tidak bermaksud membesar-besarkan pentingnya pekerjaan kita lebih daripada ilmuwan lain yang bersaing untuk mendapatkan uang yang sama (kita harus bersaing dengan fisikawan molekuler yang berpura-pura mengerjakan pekerjaan mereka). penting untuk memperbaiki perubahan iklim hanya karena molekul yang mereka kerjakan ada di atmosfer kita, atau ahli biofisika yang berpura-pura bekerja dapat menyembuhkan kanker hanya karena mereka bekerja pada molekul yang menonjol dalam tubuh).

Banyak "hype" seputar komputasi kuantum berasal dari media. Para jurnalis telah memutar-mutar isi surat-surat saya untuk membuat berita utama yang menarik perhatian yang akan mendapatkan lebih banyak klik pada iklan mereka, dan atasan mereka memberi mereka tekanan untuk melakukan ini atau mereka akan kehilangan pekerjaan mereka untuk magang lain yang tidak terlalu peduli tentang jujur.

Beberapa hype memang berasal dari para ilmuwan sendiri, banyak yang benar-benar percaya komputasi kuantum akan revolusioner karena gelar Ph.D. pengawas tidak memiliki pendidikan yang baik (ingat bahwa Universitas Manchester adalah salah satu yang terbaik di dunia, dan sebagian besar universitas bahkan tidak dekat), atau mungkin dalam kasus yang jarang terjadi ada hype dari orang-orang yang putus asa untuk pendanaan, tetapi tidak banyak karena alasan selain ini.

Saya percaya masyarakat harus berinvestasi sedikit dalam komputasi kuantum, seperti yang mereka lakukan untuk banyak bidang penelitian lain yang tidak memiliki jaminan hasil positif. Hype sering dibesar-besarkan oleh jurnalis, ilmuwan bodoh, atau ilmuwan non-bodoh yang berpikir mereka membutuhkannya untuk bertahan hidup. Ada juga kritik keras yang tidak adil dari jurnalis dan agen pendanaan.

Tidak ada yang Anda katakan dalam pertanyaan Anda salah.
Saya baru saja memberikan beberapa alasan mengapa mereka benar.

Saya akan mencoba untuk mendekati ini dari sudut pandang netral. Pertanyaan Anda semacam "berdasarkan pendapat", tetapi ada beberapa hal penting yang harus dikemukakan. Secara teoritis , belum ada argumen yang meyakinkan (mengapa) mengapa komputer kuantum tidak dapat direalisasikan secara praktis. Tapi, coba lihat: Bagaimana Komputer Quantum Gagal: Kode Quantum, Korelasi dalam Sistem Fisik, dan Akumulasi Kebisingan - Gil Kalai , dan posting blog terkait oleh Scott Aaronson di mana ia memberikan beberapa argumen yang meyakinkan terhadap klaim Kalai. Juga, baca jawaban James Wotton untuk posting QCSE terkait: Apakah argumen Gil Kalai terhadap komputer kuantum topologis terdengar?

Math Overflow memiliki ringkasan yang bagus: Tentang Argumen Matematika Terhadap Komputasi Quantum .

Namun, ya, tentu saja, ada masalah teknik .

Masalah (diadaptasi dari arXiv: cs / 0602096 ):

• Sensitivitas terhadap interaksi dengan lingkungan: Komputer kuantum sangat peka terhadap interaksi dengan lingkungan karena setiap interaksi (atau pengukuran) menyebabkan runtuhnya fungsi keadaan. Fenomena ini disebut decoherence. Sangat sulit untuk mengisolasi sistem kuantum, terutama yang direkayasa untuk penghitungan, tanpa menjadi kusut dengan lingkungan. Semakin besar jumlah qubit semakin sulit untuk mempertahankan koherensi.

  [Bacaan lebih lanjut: Wikipedia: Dekoherensi kuantum ]

• Tindakan gerbang kuantum yang tidak dapat diandalkan: Perhitungan kuantum pada qubit dilakukan dengan mengoperasikannya dengan berbagai transformasi yang diterapkan pada prinsipnya menggunakan gerbang kecil. Sangat penting bahwa tidak ada kesalahan fase diperkenalkan dalam transformasi ini. Tetapi skema praktis cenderung menimbulkan kesalahan semacam itu. Mungkin juga bahwa register kuantum telah terjerat dengan lingkungan bahkan sebelum awal perhitungan. Selain itu, ketidakpastian pada fase awal membuat kalibrasi dengan operasi rotasi tidak memadai. Selain itu, orang harus mempertimbangkan kurangnya presisi dalam kontrol klasik yang mengimplementasikan transformasi matriks. Kurangnya presisi tidak dapat sepenuhnya dikompensasi oleh algoritma kuantum.

• Kesalahan dan koreksi mereka: Koreksi kesalahan klasik menggunakan redundansi. Cara paling sederhana adalah dengan menyimpan informasi beberapa kali, dan - jika salinan ini kemudian ditemukan tidak setuju - ambil saja suara terbanyak; Misalkan kita menyalin sedikit tiga kali. Misalkan lebih lanjut bahwa kesalahan berisik merusak keadaan tiga bit sehingga satu bit sama dengan nol tetapi dua bit lainnya sama dengan satu. Jika kita mengasumsikan bahwa kesalahan bising independen dan terjadi dengan beberapa probabilitas$p$, kemungkinan besar kesalahannya adalah kesalahan satu-bit dan pesan yang dikirimkan adalah tiga. Ada kemungkinan bahwa kesalahan bit-ganda terjadi dan pesan yang dikirimkan sama dengan tiga nol, tetapi hasil ini lebih kecil kemungkinannya daripada hasil di atas. Menyalin informasi kuantum tidak dimungkinkan karena teorema no-kloning. Teorema ini tampaknya menghadirkan kendala untuk merumuskan teori koreksi kesalahan kuantum. Tetapi dimungkinkan untuk menyebarkan informasi dari satu qubit ke keadaan yang sangat terjerat dari beberapa qubit (fisik). Peter Shor pertama kali menemukan metode merumuskan kode koreksi kesalahan kuantum dengan menyimpan informasi dari satu qubit ke keadaan sembilan qubit yang sangat terjerat. Namun, kode koreksi kesalahan kuantum melindungi informasi kuantum terhadap kesalahan hanya beberapa bentuk terbatas. Juga, mereka efisien hanya untuk kesalahan dalam sejumlah kecil qubit. Selain itu, jumlah qubit yang diperlukan untuk memperbaiki kesalahan biasanya tidak skala dengan jumlah qubit di mana kesalahan sebenarnya terjadi.

  [Bacaan lebih lanjut: Wikipedia: Koreksi kesalahan kuantum ]

• Kendala persiapan negara: Persiapan negara adalah langkah pertama yang penting untuk dipertimbangkan sebelum awal perhitungan kuantum. Dalam sebagian besar skema, qubit harus berada dalam kondisi superposisi tertentu agar perhitungan kuantum berjalan dengan benar. Tetapi menciptakan negara sewenang-wenang justru bisa sangat sulit secara eksponensial (dalam kompleksitas waktu dan sumber daya).

• Informasi kuantum, ketidakpastian, dan entropi gerbang kuantum: Informasi klasik mudah diperoleh melalui interaksi dengan sistem. Di sisi lain, ketidakmungkinan kloning berarti bahwa keadaan spesifik yang tidak diketahui tidak dapat ditentukan. Ini berarti bahwa kecuali jika sistem telah disiapkan secara khusus, kemampuan kita untuk mengendalikannya tetap terbatas. Informasi rata-rata suatu sistem diberikan oleh entropinya. Penentuan entropi akan tergantung pada statistik yang dipatuhi oleh objek.

• Persyaratan untuk suhu rendah : Beberapa arsitektur komputasi kuantum seperti komputasi kuantum superkonduktor memerlukan suhu yang sangat rendah (mendekati nol mutlak) untuk dapat berfungsi.

Kemajuan:

• Sekitar satu setengah dekade yang lalu, waktu dekoherensi untuk apa yang disebut "komputer kuantum" kurang dari 1 nanosecond. Sekarang, versi IBM Quantum Experience 16 qubit yang dapat Anda akses online memiliki waktu dekoherensi ~ 100 μs (lihat: Demonstrasi Pembelajaran Envariance dan Paritas pada Prosesor Qubit IBM 16 (Davide Ferrari & Michele Amoretti, 2018) ). Waktu dekoherensi 100 μs sudah cukup untuk menjalankan algoritma kuantum sederhana! Anda dapat memeriksanya sendiri di komputer kuantum 5 qubit dan 16 qubit yang telah dapat diakses secara online oleh IBM. Saya pikir Google telah dapat mencapai waktu dekoherensi yang lebih baik dengan chip superkonduktor mereka (memiliki jumlah qubit yang setara).

  • Ada banyak perbaikan di bidang koreksi kesalahan kuantum dalam dekade terakhir (membutuhkan jumlah qubit total yang jauh lebih kecil). Lihat Koreksi Kesalahan Quantum untuk Kenangan Quantum (Terhal, 2015) untuk ulasan singkat.

  Juga, mengutip: Wikipedia: Koreksi kesalahan kuantum - Realisasi eksperimental :

  Ada beberapa realisasi eksperimental kode berbasis CSS. Demonstrasi pertama adalah dengan NMR qubit. Selanjutnya, demonstrasi telah dilakukan dengan optik linear, ion yang terperangkap, dan qubit superkonduktor (transmon). Kode koreksi kesalahan lainnya juga telah diterapkan, seperti kode yang bertujuan mengoreksi kehilangan foton, sumber kesalahan dominan dalam skema qubit fotonik.

  • Persiapan negara kuantum sewenang-wenang masih merupakan masalah utama. Tapi sekarang setidaknya kita tahu dekomposisi gerbang yang tepat untuk setiap evolusi kesatuan ( persiapan negara-kuantum dengan dekomposisi gerbang universal (Plesch & Brukner, 2011) ), meskipun jumlah gerbang biasanya tidak berskala baik dengan sejumlah qubit. Telah ada peningkatan lebih lanjut seperti dalam persiapan keadaan kuantum kesetiaan tinggi menggunakan kontrol optimal tetangga (Yuchen Peng & Frank Gaitan, 2017) . Untuk beberapa metode persiapan keadaan keadaan presisi lainnya yang dikembangkan baru-baru ini, lihat Persiapan keadaan dalam mekanika kuantum (Fröhlich, 2016) dan Persiapan keadaan kuantum (Ali et al., 2017) .

  • Salah satu kendala utama yang masih kita miliki adalah jumlah qubit (perhatikan bahwa masalah ini secara intrinsik terkait dengan kesulitan mempertahankan koherensi untuk jangka waktu yang lama , misalnya kucing Schrödinger dan kesulitan keadaan superposisi makroskopik dan jawaban yang sangat baik di dalamnya). Tidak ada komputer kuantum saat ini yang cukup untuk menunjukkan peningkatan yang cukup besar dalam "kemampuan" dibandingkan dengan komputer klasik. Jumlah terbesar yang difaktorkan oleh komputer kuantum hingga saat ini adalah 291311 ( Perhitungan kuantum adiabatik dengan kesetiaan tinggi menggunakan Hamiltonian intrinsik dari sistem putaran: Aplikasi pada faktorisasi eksperimental 291311 (Li et al., 2017)). Faktorisasi kasar pada 291311 membutuhkan paling banyak ~ 270 divisi, yang masing-masing membutuhkan ~ 10 ns pada CPU modern. Itu total 3 kita, menyiratkan bahwa faktorisasi akan beberapa kali lipat lebih cepat pada laptop Anda. Peningkatan praktis dalam kompleksitas waktu tidak akan terlihat kecuali dan sampai jumlah qubit meningkat setidaknya 10 kali atau lebih (saya tidak mempertimbangkan mesin D-Wave yang memiliki lebih dari 1000 qubit, karena mereka menggunakan mekanisme berbeda yang dikenal sebagai anil kuantum yang hanya efektif dalam beberapa rentang masalah yang sempit). Tapi, bisa dibilang bahkan jumlah qubit terus meningkat. Baru-baru ini Google mengumumkan mesin 72 qubit ( blog AI Google: Pratinjau Bristlecone, Google New Quantum Processor ) dan Intel mengumumkan chip 49 qubit (IEEE Spectrum :: CES 2018: Intel 49-Qubit Chip Shoots for Quantum Supremacy ). Bandingkan itu dengan tahun 2000-an ketika kita hanya memiliki satu digit qubit!

  • Beberapa arsitektur komputasi kuantum telah ditemukan dalam beberapa dekade terakhir, di mana suhu mendekati nol mutlak tidak diperlukan , misalnya, komputer kuantum optik, komputer kuantum terperangkap-ion, komputer kuantum berbasis berlian, dll. Cf. Mengapa komputer kuantum optik tidak harus dijaga mendekati nol absolut sementara komputer kuantum superkonduktor lakukan?

Kesimpulan:

Apakah kita akan pernah memiliki komputer kuantum yang efisien yang secara nyata dapat mengungguli komputer klasik di area tertentu, adalah sesuatu yang hanya akan dikatakan waktu. Namun, melihat kemajuan besar yang telah kita buat, mungkin tidak akan salah untuk mengatakan bahwa dalam beberapa dekade kita harus memiliki komputer kuantum yang cukup kuat. Di sisi teoretis, kita belum tahu apakah ada algoritma klasik (dapat) yang akan cocok dengan algoritma kuantum dalam hal kompleksitas waktu. Lihat jawaban saya sebelumnya tentang masalah ini. Dari perspektif teoretis sepenuhnya, juga akan sangat menarik jika seseorang dapat membuktikan bahwa semua masalah BQP terletak pada BPP atau P!

Saya pribadi percaya bahwa dalam beberapa dekade mendatang kita akan menggunakan kombinasi teknik komputasi kuantum dan teknik komputasi klasik (yaitu PC Anda akan memiliki komponen perangkat keras klasik maupun perangkat keras kuantum atau komputasi kuantum akan sepenuhnya berbasis cloud dan Anda hanya akan mengaksesnya secara online dari komputer klasik). Karena ingat bahwa komputer kuantum hanya efisien untuk berbagai masalah yang sangat sempit. Akan sangat intensif sumber daya dan tidak bijaksana untuk melakukan penambahan seperti 2 + 3 menggunakan komputer kuantum (lihat Bagaimana komputer kuantum melakukan matematika dasar pada tingkat perangkat keras? ).

Sekarang, sampai pada titik Anda apakah dana nasional tidak perlu terbuang untuk mencoba membangun komputer kuantum . Jawaban saya adalah TIDAK ! Bahkan jika kita gagal membangun komputer kuantum yang sah dan efisien, kita masih akan memperoleh banyak hal dalam hal kemajuan teknik dan kemajuan ilmiah . Sudah penelitian dalam bidang fotonik dan superkonduktor telah meningkat banyak kali lipat dan kita mulai memahami banyak fenomena fisik yang lebih baik daripada sebelumnya. Selain itu, teori informasi kuantum dan kriptografi kuantum telah mengarah pada penemuan beberapa hasil dan teknik matematika yang rapi yang mungkin berguna di banyak bidang lain juga (lih.Fisika SE: bidang yang menantang secara matematis dalam teori informasi Quantum dan kriptografi kuantum ). Kita juga akan memahami lebih banyak tentang beberapa masalah tersulit dalam ilmu komputer teoretis pada saat itu (bahkan jika kita gagal membangun "komputer kuantum").

Sumber dan Referensi:

1. Kesulitan dalam Implementasi Komputer Quantum (Ponnath, 2006)

2. Wikipedia: Komputasi kuantum

3. Wikipedia: Koreksi kesalahan kuantum

Tambahan:

Setelah sedikit mencari, saya menemukan artikel yang sangat bagus yang menguraikan hampir semua kontra-argumen Scott Aaronson terhadap skeptisisme komputasi kuantum. Saya sangat merekomendasikan melalui semua poin yang diberikan di sana. Ini sebenarnya bagian 14 dari catatan kuliah yang dipasang oleh Aaronson di situs webnya. Mereka digunakan untuk kursus PHYS771 di University of Waterloo. Catatan kuliah didasarkan pada buku teks populernya Quantum Computing Sejak Democritus .

Komputasi klasik telah ada lebih lama dari komputasi kuantum. Hari-hari awal komputasi klasik mirip dengan apa yang kita alami sekarang dengan komputasi kuantum. The Z3 (Pertama Turing lengkap perangkat elektronik) dibangun pada tahun 1940-an adalah ukuran ruangan dan kurang kuat dari ponsel Anda. Ini berbicara tentang kemajuan fenomenal yang kami alami dalam komputasi klasik.

Fajar komputasi kuantum di sisi lain, tidak dimulai sampai tahun 1980 - an . Algoritma pemfaktoran Shor; penemuan yang memulai bidang itu ditemukan pada 1990 - an . Ini diikuti beberapa tahun kemudian dengan demonstrasi eksperimental pertama dari algoritma kuantum.

Ada bukti bahwa komputer kuantum dapat bekerja. Ada banyak kemajuan dalam aspek eksperimental dan teoretis dari bidang ini setiap tahun dan tidak ada alasan untuk percaya bahwa itu akan berhenti. The Quantum ambang batas Teorema menyatakan bahwa komputasi kuantum skala besar adalah mungkin jika tingkat kesalahan untuk gerbang fisik bawah ambang batas tertentu. Kami sedang mendekati (beberapa berpendapat bahwa kami sudah ada di sana) ambang batas ini untuk sistem kecil.

Adalah baik untuk bersikap skeptis tentang kegunaan komputasi kuantum. Bahkan, itu didorong! Wajar juga untuk membandingkan kemajuan perhitungan kuantum dengan perhitungan klasik; lupa bahwa komputer kuantum lebih sulit dibangun daripada komputer klasik.

Komputer klasik awal dibangun dengan teknologi yang ada. Sebagai contoh, tabung vakum ditemukan sekitar empat dekade sebelum digunakan untuk membuat Colossus.

Untuk komputer kuantum, kita perlu menemukan teknologi sebelum kita membuat komputer. Dan teknologinya jauh melampaui apa yang ada sebelumnya, sehingga langkah ini baru memakan waktu beberapa dekade.

Sekarang kita memiliki tabung vakum versi kuantum. Jadi, harapkan Colossus dalam satu dekade atau lebih.

TL, DR: Argumen teknik dan fisika telah dibuat. Saya menambahkan perspektif historis: Saya berpendapat bahwa bidang perhitungan kuantum benar-benar hanya sedikit lebih dari dua dekade dan bahwa kami membutuhkan lebih dari tiga dekade untuk membangun sesuatu seperti MU5.

Karena Anda menyebutkan timeline, mari kita lihat lebih dekat:

Awal mula

Pertama-tama, kemungkinan sesuatu seperti komputer kuantum disuarakan oleh Richard Feynman di barat (1959 atau 1981 jika Anda mau) dan Yuri Manin di timur (1980). Tapi itu hanya punya ide. Tidak ada implementasi yang dimulai.

Kapan hal serupa terjadi dengan komputasi klasik? Yah, sudah lama sekali. Charles Babbage misalnya sudah ingin membangun mesin komputasi di awal abad ke-19 dan dia sudah punya ide. Pascal, Leibniz, mereka semua punya ide. Mesin analitik Babbage tahun 1837 yang tidak pernah dibangun karena tantangan pendanaan dan rekayasa (omong-omong, perintis mesin analitik dibangun dengan Lego ) jelas merupakan ide pertama yang paling baru yang sudah jauh di depan dari apa yang diusulkan Feynman dan Manin untuk komputasi kuantum, karena ia mengusulkan implementasi konkret.

70-an tidak melihat apa pun yang terkait dengan komputer kuantum. Beberapa kode diciptakan, beberapa landasan teori dilakukan (berapa banyak informasi yang dapat disimpan?), Yang diperlukan untuk qc, tetapi tidak benar-benar mengejar ide komputer kuantum.

Kode dan ide-ide yang berhubungan dengan komunikasi adalah untuk menghitung kuantum seperti apa telepon dan kabel telegraf untuk komputasi klasik: pendahulu yang penting, tetapi bukan komputer. Seperti yang Anda ketahui, kode Morse dan telegraf adalah teknologi abad ke-19 dan kode yang lebih sulit untuk saluran bising juga dipelajari. Dasar matematika (dalam hal no-go-theorems dan sejenisnya) dilakukan pada tahun 1948 oleh Shannon.

Bagaimanapun, dapat dikatakan bahwa komputasi kartu punch dikembangkan pada 1804 untuk menenun , tetapi saya tidak ingin mengklaim bahwa ini benar-benar awal dari perhitungan klasik.

Komputer universal (kuantum)

Jadi kapan perhitungan dimulai? Saya akan berargumen bahwa Anda perlu sejumlah hal untuk melakukan riset untuk komputasi universal; sebelum itu, jumlah orang dan uang yang diinvestasikan di sana akan terbatas.

1. Anda memerlukan gagasan tentang komputer universal dan model teoritis tentang apa yang harus dicapai.
2. Anda memerlukan arsitektur cara mengimplementasikan komputer universal - pada level teoretis.
3. Anda membutuhkan sistem kehidupan nyata di mana Anda bisa menerapkannya.

Kapan kita mendapatkannya dalam perhitungan kuantum?

• Deutsch menggambarkan komputer kuantum universal pada tahun 1985 (33 tahun yang lalu).
• Model sirkuit dan gerbang dikembangkan sekitar waktu yang sama.
• Model lengkap pertama tentang bagaimana menyatukan semuanya diusulkan oleh Cirac dan Zoller pada tahun 1994 (hanya 24 tahun yang lalu).

Semua kemajuan lain dalam perhitungan kuantum sebelum atau selama waktu itu terbatas pada kriptografi, sistem kuantum secara umum atau teori umum lainnya.

Bagaimana dengan perhitungan klasik?

• Kami memiliki karya Turing pada mesin Turing (1936) atau karya Gereja (kerangka waktu yang sama).
• Arsitektur modern bergantung pada model von Neumann (1945); arsitektur lain ada.
• Sebagai model, model sirkuit digital dirancang pada tahun 1937 oleh Shannon.

Jadi, pada tahun 1994 kita berada dalam kondisi yang sebanding dengan tahun 1937:

• Ada beberapa orang yang melakukan landasan teoretis, dan landasan kini telah dilakukan.
• Ada cukup banyak orang yang melakukan pekerjaan teknik pada masalah-masalah mendasar yang tidak terkait langsung tetapi sangat membantu untuk membangun komputer (kuantum).
• Dan lapangan umumnya tidak begitu besar dan didanai dengan baik.
• Tetapi: sejak tanggal itu, dana dan orang-orang mulai mengalir ke lapangan.

Lapangan lepas landas

Untuk komputasi klasik, ini diilustrasikan oleh jumlah "sistem komputer pertama" yang berbeda dalam timeline Wikipedia. Ada beberapa kelompok penelitian setidaknya di Jerman, Inggris, dan Amerika Serikat di beberapa lokasi (misalnya Manchester dan Bletchley Park di Inggris, untuk menyebutkan beberapa). Uang waktu perang dialihkan ke komputasi karena itu diperlukan untuk pengembangan bom nuklir misalnya (lihat akun di Los Alamos).

Untuk perhitungan kuantum, lihat misalnya komentar ini :

Bidang QIS memulai pertumbuhan eksplosif pada awal hingga pertengahan 1990-an sebagai konsekuensi dari beberapa rangsangan simultan: Peter Shor menunjukkan bahwa komputer kuantum dapat memperhitungkan jumlah yang sangat besar dengan sangat efisien. Industri semikonduktor menyadari bahwa perbaikan komputer menurut hukum Moore akan terlalu cepat mencapai batas kuantum, membutuhkan perubahan radikal dalam teknologi. Perkembangan dalam ilmu fisika menghasilkan ion atom yang terperangkap, rongga optik canggih, titik kuantum, dan banyak kemajuan lain yang memungkinkan untuk merenungkan konstruksi perangkat logika kuantum yang bisa diterapkan. Lebih jauh lagi, kebutuhan akan komunikasi yang aman mendorong penyelidikan terhadap skema komunikasi kuantum yang akan menjadi bukti yang lebih merusak.

Secara keseluruhan, sejak saat itu, bahwa landasan teoretis dari komputer modern telah diletakkan pada waktu komputer pertama tersedia (Zuse 1941, Manchester 1948, untuk menyebutkan hanya dua) butuh waktu sekitar satu dekade. Demikian pula, butuh sekitar satu dekade untuk sistem pertama melakukan semacam perhitungan yang dapat diprogram secara universal dengan sistem kuantum. Memang, kemampuan mereka lebih rendah dari komputer Manchester pertama, tetapi masih.

Dua puluh tahun kemudian, kita perlahan melihat ledakan pertumbuhan dalam teknologi dan banyak perusahaan terlibat. Kami juga melihat munculnya teknologi baru seperti transistor (pertama kali ditemukan pada tahun 1947).

Demikian pula, 20 tahun setelah dimulainya perhitungan kuantum kita melihat masuknya perusahaan swasta yang serius ke dalam bidang ini, dengan Google, IBM, Intel, dan banyak lainnya. Ketika saya berada di konferensi pertama saya pada tahun 2012, keterlibatan mereka masih bersifat akademis, hari ini, itu sangat strategis. Demikian pula, kami melihat proposisi kekayaan sistem komputasi kuantum yang berbeda selama tahun 2000-an seperti qubit superkonduktor, yang membentuk dasar chip paling canggih dari tiga perusahaan yang disebutkan di atas. Pada 2012, tidak ada yang bisa mengklaim memiliki sistem yang agak dapat diandalkan dengan lebih dari beberapa qubit fisik. Hari ini, hanya enam tahun kemudian, IBM memungkinkan Anda bermain dengan 16 qubit yang sangat andal (5 jika Anda benar-benar hanya ingin bermain-main) dan Google mengklaim untuk menguji sistem 72 qubit saat kita bicara.

Ya, kami masih memiliki beberapa cara untuk memiliki komputer kuantum skala besar yang dapat diandalkan dengan kemampuan koreksi kesalahan, dan komputer yang kami miliki saat ini lebih lemah daripada komputer klasik yang kami miliki di tahun 60-an, tetapi saya (seperti yang dijelaskan dalam jawaban lain) percaya ini karena tantangan teknik yang unik. Ada kemungkinan kecil bahwa itu karena keterbatasan fisik yang kita tidak tahu tetapi jika itu, mengingat kemajuan saat ini, kita harus tahu dalam beberapa tahun paling lambat.

Apa maksud saya di sini?

• Saya berpendapat bahwa alasan bahwa kita belum melihat komputer kuantum MU5 belum juga karena fakta bahwa lapangan itu tidak terlalu tua, dan belum benar-benar mencapai banyak perhatian sampai saat ini.
• Saya berpendapat bahwa dari perspektif masa kini, tampaknya komputer klasik menjadi sangat baik dengan sangat cepat, tetapi ini mengabaikan beberapa dekade pekerjaan sebelumnya di mana perkembangan dan pertumbuhan tidak tampak secepat.
• Saya berpendapat bahwa jika Anda percaya (seperti halnya hampir semua orang di lapangan) bahwa masalah teknik awal yang dihadapi oleh komputer kuantum lebih sulit daripada yang dihadapi oleh komputer klasik, maka Anda akan melihat lintasan penelitian dan inovasi yang sangat sebanding dengan salah satu komputer klasik. . Tentu saja, mereka agak berbeda, tetapi ide dasar tentang bagaimana itu mirip.

Untuk menjawab bagian dari pertanyaan, "apakah saya akan pernah membeli komputer kuantum", dll. Saya pikir ada kesalahpahaman mendasar.

Komputasi kuantum bukan hanya komputasi klasik tetapi lebih cepat. Komputer kuantum memecahkan beberapa jenis masalah dalam waktu singkat yang akan membutuhkan komputer super klasik seribu tahun. Ini bukan berlebihan. Tetapi jenis-jenis komputasi reguler, menambahkan angka, memindahkan bit untuk grafik, dll. Itu masih akan menjadi hal-hal komputasi klasik saja.

Jika teknologinya bisa menjadi miniatur (saya tidak tahu), itu mungkin lebih mirip MMU atau kartu grafis. Fitur tambahan untuk komputer klasik Anda, bukan pengganti. Dengan cara yang sama kartu grafis kelas atas memungkinkan komputer Anda melakukan hal-hal yang tidak dapat (dalam waktu yang wajar) dengan CPU utama, komputer kuantum akan memungkinkan jenis operasi lain yang tidak dapat dilakukan saat ini.

Saya sarankan Anda setidaknya memindai, mungkin paragraf pertama halaman " Prinsip Operasi " pada halaman Wikipedia komputasi kuantum.

Ketika Anda bertanya apakah itu pie di langit, itu lebih tergantung pada janji apa yang menurut Anda teknologi terpenuhi. Dan itu tergantung pada siapa orang membuat janji-janji itu.

Pertimbangkan mengapa Anda bahkan sadar akan perhitungan kuantum, mengingat bahwa ia belum berhasil menghasilkan perangkat apa pun (atau lebih adil, tidak terlalu banyak perangkat ) yang menyerupai perangkat keras komputer berotot. Dari mana Anda mendengarnya, dari mana kegembiraan itu? Saya berani bertaruh bahwa bahkan jika Anda menghadiri setiap ceramah akademis tentang komputasi kuantum yang dapat Anda kelola secara pribadi, tidak terlalu banyak yang Anda dengar tentang komputasi kuantum berasal dari akademisi. Kemungkinannya adalah Anda mendengar banyak tentang komputasi kuantum dari sumber yang lebih tertarik pada kesenangan daripada fakta.

Ada beberapa sumber korporat yang membuat klaim yang kurang lebih muluk tentang apa yang dapat dilakukan perangkat keras kuantum mereka, atau yang dapat dilakukan; dan sudah ada lebih dari satu dekade. Sementara itu, ada komunitas besar orang yang hanya berusaha membuat kemajuan dengan hati-hati dan tidak menghabiskan terlalu banyak energi untuk membuat janji yang tidak bisa mereka penuhi. Dari siapa Anda akan mendengar lebih banyak?

Tetapi bahkan memberikan itu, pihak-pihak yang paling bertanggung jawab untuk kegembiraan tentang perhitungan kuantum adalah beberapa jenis majalah dan situs web minat khusus, yang sebagai sumber informasi seperti penjual wafel pasar: mereka berdagang sangat banyak dengan aroma uap yang menguap daripada sesuatu dengan substansi dan gigitan. Industri periklanan yang mencari perhatian, alih-alih akademisi, adalah alasan utama mengapa ada harapan yang begitu besar akan perhitungan kuantum. Mereka bahkan tidak peduli tentang perhitungan kuantum secara prinsip: itu adalah salah satu dari beberapa mantra magis yang dapat digunakan untuk memukau orang banyak, untuk membangkitkan mimpi pai di langit, dan sementara itu menghasilkan uang dari beberapa perusahaan lain hanya untuk kemungkinan yang sebuah iklan terlihat selama setengah detik. Bahwaindustri sangat banyak dalam bisnis penjualan pastri di udara, baik kepada klien mereka maupun untuk audiens mereka. Tetapi apakah itu berarti bahwa dunia berutang gulungan ara terbang oleh mereka yang benar-benar bekerja pada teknologi kuantum? Cukup sulit untuk mencapai hal-hal yang kami pikir mungkin untuk dicapai - yang lebih sederhana, tetapi masih bermanfaat.

Di antara rekan-rekan akademis saya (ilmuwan komputer teoretis dan fisikawan teoretis), informasi yang salah tentang komputasi kuantum di kalangan masyarakat merupakan sumber frustrasi yang signifikan. Sebagian besar dari kita percaya bahwa adalah mungkin untuk membangun komputer kuantum, dan sebagian besar dari mereka yang percaya bahwa itu akan memiliki dampak ekonomi yang signifikan. Tetapi tidak ada di antara kita yang berharap bahwa itu akan mengubah dunia dalam lima hingga sepuluh tahun, juga tidak pernah kita mengharapkan bahwa selama lima belas tahun terakhir ini mulai menjadi mode untuk mengatakan bahwa kita akan memiliki komputer kuantum besar "di lima hingga sepuluh tahun ". Saya selalu menegaskan bahwa saya berharap dapat melihat dampaknya dalam hidup saya, dan aktivitas baru-baru ini membuat saya berharap untuk melihatnya dalam waktu dua puluh - tetapi meskipun begitu Anda tidak akan pergi ke toko untuk membelinya,

Kami juga tidak mengharapkan bahwa itu akan memungkinkan Anda untuk dengan mudah menyelesaikan Masalah Travelling Salesman, atau sejenisnya. Mampu menganalisis masalah dalam kimia kuantum dan bahan kuantum adalah yang asli, dan dalam jangka pendek masih yang terbaik, aplikasi prospektif perhitungan kuantum, dan mungkin revolusioner di sana; dan mungkin dalam jangka panjang kami dapat memberikan peningkatan yang kuat dan signifikan dalam praktik untuk masalah optimisasi. (D-Wave mengklaim mereka sudah bisa melakukan ini dalam praktek dengan mesin mereka: juri masih di antara para akademisi apakah klaim ini dibenarkan.)

Iblisnya adalah, untuk menjelaskan apa yang sebenarnya dapat Anda harapkan dari teori dan pengembangan perhitungan kuantum, Anda harus entah bagaimana menjelaskan mekanika kuantum kecil. Ini Bukan Hal yang Mudah Untuk Dilakukan, dan seperti halnya hal-hal rumit lainnya, ada sedikit kesabaran di dunia yang lebih besar untuk pemahaman yang bernuansa, terutama ketika "fakta-fakta alternatif" dalam bentuk sensasi 'yakawow' yang beraroma permen melesat sekuat tenaga dalam tujuh sepatu bot liga.

Kebenaran - tentang apa yang dapat dilakukan komputasi kuantum, dan kemungkinan itu tidak akan memungkinkan Anda untuk berteleportasi ke seluruh dunia, atau menyelesaikan kelaparan dunia atau kekacauan penerbangan hanya dengan satu pukulan - membosankan. Tetapi membuat kemajuan signifikan dalam ilmu kimia dan material tidak. Untuk mengatakan tidak ada aplikasi yang belum dikembangkan: seberapa mudah Anda dapat melakukan ekstrapolasi dari komputer berbasis-gigi untuk membantu menghitung pajak dengan andal atau menghitung tabel logaritma hingga merancang pesawat terbang ?

Garis waktu teknologi komputasi klasik meluas jauh bahkan sebelum abad ke-19. Kami memiliki beberapa gagasan tentang bagaimana mencoba menata ulang jalur ini dengan teknologi kuantum, dan kami memiliki gagasan tentang jenis dividen yang mungkin terjadi jika kami melakukannya. Untuk alasan itu, kami berharap dapat mereproduksi pengembangan teknologi komputasi yang bermanfaat dalam waktu yang jauh lebih cepat daripada 370 tahun lebih dari penambahan Pascal ke zaman modern. Tetapi itu tidak akan secepat secepat beberapa orang telah berjanji, terutama orang-orang yang sebenarnya tidak bertanggung jawab untuk memenuhi 'janji' tersebut.

Beberapa komentar.

" Di mana adder paralelnya? "

• Kami tidak memiliki perangkat besar yang melakukan penambahan oleh komputer kuantum, tetapi kami memiliki beberapa orang yang bekerja di sirkuit penambahan cepat di komputer kuantum - beberapa yang harus dilakukan komputer kuantum akan melibatkan operasi yang lebih konvensional pada data dalam superposisi.

" Di mana setara dengan Atlas, atau MU5? "

• Sejujurnya, kami masih mengerjakan analog kuantum pertama yang dapat diandalkan dari adder Pascal. Saya berharap bahwa pendekatan proyek NQIT (pengungkapan: Saya terlibat di dalamnya, tetapi bukan sebagai pencoba) membuat modul kecil berkualitas tinggi yang dapat bertukar keterikatan akan menjadi rute menuju penskalaan cepat melalui produksi massal dari modul, dalam hal ini kita dapat pergi dari Adder Pascal, ke Collosus, ke Atlas, dan seterusnya dalam hitungan beberapa tahun. Tetapi hanya waktu yang akan menjawab.

" Sepertinya mereka bahkan belum turun. Kamu tidak akan membeli satu di PC World dalam waktu dekat. "

• Itu sepenuhnya benar. Namun, jika Anda pernah diberitahu untuk mengharapkan sebaliknya, ini lebih cenderung menjadi kesalahan PC World (atau untuk bersikap adil, pesaing PC World di pasar untuk uang langganan Anda sebagai penggila teknologi) daripada kami. Peneliti yang bertanggung jawab akan memberi tahu Anda bahwa kami berusaha keras untuk membuat perangkat prototipe serius pertama.

" Apakah kamu bisa [membeli komputer kuantum di PC World]? "

• Apakah Anda akan pernah bisa membeli Cray di PC World? Apakah kamu mau? Mungkin tidak. Tetapi universitas Anda mungkin menginginkannya, dan bisnis yang serius mungkin menginginkannya. Di luar itu spekulasi liar - saya tidak melihat bagaimana komputer kuantum akan meningkatkan pemrosesan kata. Tetapi sekali lagi, saya ragu bahwa Babbage pernah membayangkan bahwa apa pun yang mirip dengan Mesin Perbedaannya akan digunakan untuk menulis huruf.

TL; DR : Saya telah mengerjakan teori komputer kuantum selama sekitar 15 tahun. Saya telah melihat tidak ada yang meyakinkan untuk mengatakan bahwa mereka tidak akan berhasil. Tentu saja, satu-satunya bukti nyata bahwa mereka dapat bekerja adalah membuatnya. Itu terjadi sekarang. Namun, apa yang akan dilakukan komputer kuantum dan mengapa kita menginginkannya tidak sesuai dengan persepsi publik.

Apakah komputasi kuantum hanya kue di langit? Apakah semuanya hanya selai-besok woo yang dijajakan oleh dukun kuantum ke publik yang mudah tertipu?

Sebagai "dukun kuantum" (terima kasih untuk itu), tentu saja saya akan memberi tahu Anda semuanya realistis. Tapi teori adalah suara. Sejauh mekanika kuantum benar, teori perhitungan kuantum benar, dan ada algoritma yang efisien untuk komputer kuantum yang kita tidak tahu bagaimana cara efisien menghitung solusi pada komputer klasik. Tapi saya tidak berpikir apa pun yang saya tulis di sini dapat meyakinkan skeptis. Anda harus duduk dan mempelajari sendiri semua detailnya, atau menunggu dan melihat.

Tentu saja, mekanika kuantum hanyalah sebuah teori yang dapat digantikan kapan saja, tetapi prediksinya telah diterapkan untuk menjelaskan dunia di sekitar kita. Komputer kuantum tidak mendorong teori ke dalam rezim yang belum diuji di mana kita mungkin berharap ada hasil yang tidak terduga (yang benar-benar diharapkan oleh fisikawan, karena di situlah Anda mulai melihat petunjuk pada fisika baru). Sebagai contoh, mekanika kuantum sudah diterapkan pada sistem materi terkondensasi yang terdiri dari konstituen yang jauh lebih banyak daripada yang kita bicarakan tentang qubit dalam komputer kuantum jangka pendek. Hanya saja kita membutuhkan tingkat kontrol yang belum pernah terjadi sebelumnya terhadap mereka. Beberapa orang berpikir mereka memiliki argumen mengapa komputer kuantum tidak berfungsi, tetapi saya belum menemukan sesuatu yang meyakinkan dalam argumen yang saya baca.

Apakah semua hype dan udara panas?

Ada banyak hype di sekitar komputer kuantum. Saya akan mengatakan bahwa ini berasal dari dua sumber utama:

• representasi populer komputasi kuantum di media arus utama dan budaya populer (misalnya buku fiksi ilmiah). Tanya siapa pun yang secara aktif mengerjakan perhitungan kuantum, saya pikir mereka semua akan setuju itu tidak terwakili, memberikan kesan bahwa itu adalah solusi universal yang akan membuat semuanya berjalan lebih cepat, yang, setidaknya untuk saat ini, bukan masalahnya. Ada beberapa jam-besok woo dijajakan ke publik yang mudah tertipu, tapi itu lebih melalui upaya "hilang dalam terjemahan" untuk terlalu menyederhanakan apa yang terjadi, kebanyakan oleh perantara non-spesialis.

• peneliti sendiri. Selama 20 (ish) tahun terakhir, orang-orang telah berjanji bahwa komputasi kuantum hanya di atas cakrawala, dan itu tidak pernah terwujud. Sangat masuk akal bahwa para pengamat jenuh karenanya. Namun, perspektif saya dari berada di lapangan adalah bahwa banyak orang yang mengaku bekerja ke arah komputer kuantum belum. Ketika lembaga pendanaan semakin menuntut "mengapa" untuk penelitian, dan memastikan "dampak", komputasi kuantum telah menjadi pilihan bagi banyak peneliti, bahkan jika mereka tidak benar-benar tertarik melakukan apa pun untuk komputer kuantum. Jika ada beberapa cara mereka dapat memutar apa yang mereka lakukan sehingga kedengarannya relevan dengan komputasi kuantum, mereka cenderung melakukannya. Itu tidak berarti bahwa komputasi kuantum dapat ' Jangan dilakukan, itu belum fokus seperti yang tersirat. Ambil, pada tingkat yang sedikit berbeda, ledakan teori informasi kuantum. Begitu sedikit ahli teori dalam yang secara aktif bekerja pada teori komputer kuantum dan bagaimana membuatnya bekerja (itu tidak berarti mereka tidak melakukan hal-hal yang menarik).

Namun, kita sekarang sedang menghadapi masa kritis di mana tiba-tiba ada banyak investasi penelitian dalam pembuatan komputer kuantum, dan teknologi terkait, kenyataan, dan banyak hal mulai bergerak. Kita tampaknya hanya mencapai titik, dengan perangkat sekitar 50 qubit, bahwa kita mungkin mampu mencapai "supremasi kuantum" - melakukan perhitungan yang hasilnya kita tidak bisa benar-benar memverifikasi pada komputer klasik. Bagian dari masalah dengan mencapai ini sebenarnya adalah kemajuan pesat dari komputasi klasik tersebut. Mengingat jenis hukum Moore tentang kemajuan, menghasilkan kekuatan komputasi klasik yang meningkat secara eksponensial, telah menjadi bar yang terus berubah dari apa yang perlu kita capai untuk meyakinkan.

Komputer kuantum tidak menunjukkan kemajuan yang serupa. Au contraire, sepertinya mereka bahkan belum turun.

Intinya, ini sulit dilakukan, dan butuh waktu lama untuk mendapatkan teknologi dasar yang benar. Ini adalah perbandingan yang sedikit tidak sempurna, tetapi tidak terlalu buruk: pikirkan tentang proses litografi yang digunakan untuk membuat prosesor. Perkembangan mereka telah progresif, membuat lebih kecil dan lebih kecil transistor, tetapi kemajuan telah melambat karena semakin sulit untuk berurusan dengan, untuk satu, efek kuantum yang menghalangi. Komputer kuantum, di sisi lain, pada dasarnya mencoba untuk melangkahi seluruh hal peningkatan progresif dan langsung menuju hasil akhir, final,: transistor atom tunggal (semacam). Mungkin itu memberikan beberapa tingkat wawasan tentang apa yang coba dilakukan oleh para eksperimentalis?

Anda tidak akan membeli satu di Dunia PC dalam waktu dekat. Apakah Anda akan mampu melakukannya?

Tidak jelas apakah Anda menginginkannya. Saat ini, kami berharap komputer kuantum bermanfaat untuk tugas-tugas tertentu yang sangat spesifik. Dalam hal itu, kami mungkin membayangkan beberapa komputer kuantum terpusat yang kuat yang melakukan pekerjaan spesifik itu, dan kebanyakan orang akan terus menggunakan komputer klasik. Tetapi, karena Anda ingin menggambar analogi dengan perkembangan komputer klasik, maka (menurut Wikipedia) pada tahun 1946 Sir Charles Darwin (cucu naturalis terkenal), kepala Laboratorium Fisika Nasional Inggris, menulis:

sangat mungkin bahwa ... satu mesin akan cukup untuk menyelesaikan semua masalah yang dituntut dari seluruh negeri

(varian ini dikaitkan dengan orang-orang seperti Watson). Ini jelas bukan masalahnya. Kenyataannya adalah bahwa begitu komputer tersedia secara luas, penggunaan lebih lanjut ditemukan untuk mereka. Ini mungkin sama untuk komputer kuantum, saya tidak tahu. Salah satu alasan lain mengapa Anda tidak akan membeli komputer kuantum di toko adalah ukurannya. Nah, perangkat yang sebenarnya biasanya kecil, tapi itu semua peralatan penghubung dan, terutama, pendinginan yang mengambil semua ruang. Ketika teknologi meningkat, itu akan dapat beroperasi pada suhu yang semakin tinggi (lihat, misalnya, pada kemajuan superkonduktivitas suhu tinggi dibandingkan dengan suhu asli yang harus dicapai) yang akan mengurangi kebutuhan pendinginan.

Mengapa Anda mengharapkan dua teknologi berbeda untuk maju pada tingkat yang sama?

Sederhananya, komputer kuantum bisa sangat lebih kuat tetapi jauh lebih sulit untuk dibangun daripada komputer klasik. Teori operasi mereka lebih rumit dan berdasarkan pada fisika baru-baru ini, ada jebakan teoritis yang lebih besar dan hambatan yang menghambat peningkatan ukuran mereka, dan desain mereka membutuhkan perangkat keras yang jauh lebih canggih yang lebih sulit untuk direkayasa.

Hampir setiap tahap pengembangan komputer kuantum tidak dapat dianalogikan dengan komputer klasik. Jadi pertanyaan untuk Anda; mengapa membandingkannya?

Lihat garis waktu di Wikipedia, dan tanyakan pada diri sendiri di mana penambah paralelnya?

Tampaknya bagi saya bahwa jawaban Anda terletak pada pertanyaan Anda. Melihat garis waktu di Wikipedia menunjukkan kemajuan yang sangat lambat dari tahun 1959 hingga sekitar 2009. Itu terutama pekerjaan teoretis sampai kami beralih dari nol menjadi satu .

Hanya dalam 9 tahun sejak itu, laju kemajuan telah luar biasa, dari 2 qubit menjadi 72 dan jika Anda termasuk dwave hingga 2000 qubit. Dan, ada satu yang berfungsi di cloud sekarang yang dapat kita akses. Buat grafik kemajuan 60 tahun terakhir dan saya yakin Anda akan melihat lutut yang Anda inginkan dan bantahan terhadap pernyataan Anda, tetapi sejauh yang saya tahu, komputasi kuantum tidak melakukan apa pun.

Di mana setara dengan Atlas, atau MU5?

Apakah itu ukuran yang menjadi dasar pertanyaan Anda?

Apakah Anda akan mampu melakukannya? Apakah semua hype dan udara panas? Apakah komputasi kuantum hanya kue di langit? Apakah semuanya hanya selai-besok woo yang dijajakan oleh dukun kuantum ke publik yang mudah tertipu?

Iya. Tidak tidak Tidak.

Jika tidak, mengapa tidak?

Karena, seperti yang ditunjukkan oleh timeline Anda, orang-orang membuat kemajuan yang signifikan dalam jumlah dan stabilitas qubit serta dalam algoritma kuantum.

Meminta orang untuk memprediksi masa depan selalu penuh dengan kegagalan, itulah sebabnya sebagian besar situs ini tidak mengizinkan pertanyaan 'berdasarkan opini'.

Mungkin pertanyaan yang lebih spesifik (tidak berdasarkan pendapat) akan lebih baik untuk menjawab pertanyaan Anda.

Kebenaran yang menyedihkan bagi sebagian besar orang di sini adalah bahwa John Duffield (si penanya) benar.

Tidak ada bukti bahwa komputer kuantum akan memiliki nilai berapa pun.

Namun, untuk perusahaan yang telah berinvestasi dalam komputasi kuantum (IBM, Google, Intel, Microsoft, dll.), Sangat sepadan untuk mencoba membangunnya, karena jika mereka berhasil mereka akan dapat memecahkan beberapa masalah secara eksponensial lebih cepat dari komputer klasik, dan jika mereka tidak berhasil tidak ada penyok telah dimasukkan ke dalam miliaran dolar yang mereka miliki.

Upaya untuk membangun komputer kuantum yang bermanfaat, yang sejauh ini dapat Anda sebut kegagalan, setidaknya mengarah pada kemajuan dalam memahami superkonduktor, fotonik, dan bahkan teori kuantum itu sendiri. Banyak matematika yang digunakan untuk menganalisis mekanika kuantum, dikembangkan dalam konteks teori informasi kuantum.

Dan akhirnya, komputer kuantum mungkin tidak pernah dapat dipasarkan, tetapi perangkat komunikasi kuantum oleh Toshiba, HP, IBM, Mitsubishi, NEC dan NTT sudah ada di pasaran.

Kesimpulannya: Saya setuju dengan John Duffield bahwa komputasi kuantum mungkin tidak pernah bernilai. Tetapi komunikasi kuantum sudah dapat dipasarkan, dan banyak sains, matematika, dan teknik baru (misalnya untuk superkonduktor) dikembangkan untuk upaya kami yang gagal (sejauh ini) dalam membuat komputasi kuantum menjadi kenyataan.

Seperti semua pertanyaan bagus, intinya adalah apa yang Anda maksudkan. Sebagai CTO dari sebuah startup yang mengembangkan komputer kuantum, saya harus dengan tegas tidak setuju dengan proposisi bahwa komputasi kuantum hanyalah kue di langit.

Tetapi kemudian Anda menyatakan "Anda tidak akan membeli satu di PC World dalam waktu dekat." Ini saya tidak hanya setuju dengan tetapi akan menyarankan bahwa di masa mendatang, Anda tidak akan bisa, yang dekat dengan "tidak pernah" karena Anda akan membuat saya menegaskan.

Mengapa demikian? Untuk poin pertama, ini valid karena tidak ada alasan teknis untuk mencegah kita membangun komputer kuantum dan pada kenyataannya tidak ada alasan yang akan terus mencegah kita membangun satu lebih lama. Untuk poin kedua, itu karena lebih sulit untuk membangun komputer kuantum daripada membangun komputer klasik (Anda memerlukan kondisi khusus seperti suhu yang sangat dingin atau ruang hampa udara yang sangat baik, dan mereka lebih lambat) namun hanya ada kepastian. masalah yang dikuasai oleh komputer kuantum. Anda tidak perlu laptop apa pun untuk melakukan penemuan obat dengan perhitungan atau memecahkan kripto yang sudah ketinggalan zaman atau untuk mempercepat pembalikan beberapa fungsi (terutama jika mereka datang dengan peralatan pendukung ukuran lemari pakaian), tetapi Anda memerlukan satu atau beberapa superkomputer untuk melakukannya.

Mengapa saya bisa mengatakan tidak ada masalah teknik yang mencegah komputer kuantum (besar, universal)? Perhatikan bahwa satu contoh saja sudah cukup, maka saya memilih teknologi yang saya tahu paling baik, yang saya kejar secara profesional. Dalam komputasi kuantum berbasis perangkap ion, semua bahan yang dibutuhkan telah diperlihatkan: Ada gerbang kuantum universal dengan kesetiaan tinggi. Ada upaya yang berhasil untuk memindahkan ion (memisahkan dan menggabungkannya dari rangkaian ion, memindahkannya di sepanjang jalur, dan melalui persimpangan jalur), dengan kinerja yang sesuai. Ditambah inisialisasi, pengukuran, dll. Dimungkinkan pada kesetiaan yang sebanding dengan operasi gerbang. Satu-satunya hal yang mencegah komputer kuantum besar berbasis perangkap ion dari dibangun terkait dengan mendapatkan para ilmuwan yang membuat kontribusi individu bersama dengan insinyur yang tepat,

Saya ingin sekali memberi tahu Anda bagaimana orang bisa menyelesaikan pekerjaan itu segera, secara teknis, tetapi saya khawatir saya akan membuat pengacara paten kami (dan CEO saya dan semua orang di perusahaan) agak marah. Intinya adalah:

Jika komputasi kuantum benar-benar kue di langit, lalu melihat ke belakang, orang-orang di masa depan akan melihatnya sebagai buah yang sangat rendah seperti mikrokomputer pertama.

Ada banyak tantangan teknis untuk mengembangkan komputer kuantum universal yang terdiri dari banyak qubit, sebagaimana ditunjukkan dalam jawaban lainnya. Lihat juga artikel ulasan ini . Namun, mungkin ada cara penyelesaian untuk mendapatkan hasil komputasi kuantum nontrivial tertentu sebelum kita sampai ke komputer kuantum pertama yang benar-benar universal.

Perhatikan bahwa perangkat komputasi klasik sudah ada sejak lama sebelum komputer universal pertama dibuat. Misalnya untuk menyelesaikan persamaan diferensial secara numerik, Anda dapat membuat sirkuit listrik yang terdiri dari kapasitor, kumparan, dan resistor, sehingga tegangan antara titik-titik tertentu akan memenuhi persamaan diferensial yang sama seperti yang Anda ingin pecahkan. Metode ini sangat populer di astrofisika sebelum munculnya komputer digital.

Dalam kasus komputasi kuantum, perhatikan bahwa ketika Feynman muncul dengan gagasan komputasi kuantum, ia berdebat atas dasar kesulitan mensimulasikan sifat-sifat mekanika kuantum dari sistem fisik tertentu menggunakan komputer biasa. Dia membalikkan argumen dengan mencatat bahwa sistem itu sendiri memecahkan masalah matematika yang sulit dipecahkan dengan menggunakan komputer biasa. Sifat mekanika kuantum dari sistem membuatnya demikian, oleh karena itu orang dapat mempertimbangkan jika seseorang dapat membangun perangkat mekanis kuantum yang mampu mengatasi masalah yang sulit dipecahkan dengan menggunakan komputer biasa.