Apa gunanya komputasi kuantum?

Sebagian besar dari kita di situs ini percaya bahwa komputasi kuantum akan berfungsi. Namun, mari kita berperan sebagai advokat iblis. Bayangkan bahwa kita tiba-tiba menabrak beberapa batu sandungan mendasar yang mencegah pengembangan lebih lanjut menuju komputer kuantum universal. Mungkin kita terbatas pada perangkat NISQ (Noisy, Intermediate Scale Quantum) dari 50-200 qubit, demi argumen. Studi tentang komputasi kuantum (percobaan) tiba-tiba berhenti dan tidak ada kemajuan lebih lanjut yang dibuat.

Apa gunanya studi komputer kuantum?

Maksud saya, ini adalah teknologi kuantum yang dapat direalisasikan, kandidat yang paling jelas adalah Quantum Key Distribution, tetapi juga hasil teknis yang mengumpan ke bidang lain. Daripada hanya daftar item, deskripsi singkat masing-masing akan dihargai.

Ada banyak aplikasi menarik yang menggunakan teknologi serupa. Banyak laboratorium yang bekerja menuju komputasi kuantum juga menerbitkan makalah dengan aplikasi ini.

Inilah beberapa:

Perhitungan semua-optik. Secara pribadi, saya pikir ini lebih potensial daripada komputasi kuantum, karena telah terbukti bermanfaat untuk memproses jaringan saraf dengan cepat (dan algoritma lain yang melibatkan fungsi perkalian matriks dan nonlinier). Sistem on-chip ini dibuat di laboratorium yang sama (dan orang yang sama) sebagai komputasi kuantum linear berbasis pengukuran . Merancang sistem yang mampu beroperasi lebih cepat daripada kecepatan clock semi-konduktor, menurunkan daya minimum per operasi menggunakan cahaya, dan meningkatkan paralelisasi mungkin akan membuat kita jauh tanpa perlu mengubah arsitektur algoritmik.

Simulasi kuantum . Mimpi asli Richard Feynman tentang "komputer kuantum" sekarang disebut sebagai "simulator analog kuantum." Alam bertindak seperti alam. Mungkin sulit untuk menghitung secara analitis atau digital bagaimana atom Hidrogen berperilaku, tetapi menggunakan sistem dengan Hamiltonian yang sama dapat "melakukan perhitungan matematika untuk Anda." Kisi optik (yang kadang - kadang digunakan untuk komputasi ion kuantum ) dapat digunakan untuk simulator kuantum ini. Sangat sulit untuk melakukan perhitungan molekul menggunakan fisika fundamental dan kimia penuh dengan heuristik untuk menghadapi kesulitan-kesulitan ini.

Rekonstruksi keadaan kuantum . Masalah terbuka yang biasanya tidak disebutkan dalam informasi kuantum dan komputasi adalah bagaimana merekonstruksi status terjerat qbit tinggi. Bahkan jika komputasi kuantum tidak berhasil, kemajuan yang dibuat dalam pertanyaan terbuka ini mungkin bermanfaat di masa depan (misalnya, protokol distribusi utama dan teori informasi).

Komunikasi Kuantum. Distribusi Quantum Key mungkin adalah satu-satunya aplikasi praktis yang dibuat sejauh ini dari informasi kuantum. Hal ini memungkinkan informasi untuk ditransfer dengan aman tanpa kemungkinan penyadap. Pengoperasian gerbang foton dengan kesetiaan tinggi (dibuat untuk komputer kuantum) dapat memungkinkan repeater kuantum yang efisien , yang dapat memperpanjang jarak maksimum yang dapat ditempuh.

Hal-hal Ekstra Menyenangkan. Secara pribadi, saya pikir hal yang paling menarik adalah menjawab jika otak adalah komputer kuantum. Kemungkinan otak menjadi komputer kuantum telah dilirik oleh banyak fisikawan selama dekade terakhir, menolak suhu tinggi otak untuk menghancurkan koherensi, tetapi fisikawan yang sangat terkemuka (dan terpuji) baru-baru ini menentang gagasan ini. Satu membahas bagaimana nuklir berputar dapat menjadi mediator informasi kuantum, yang lain membahas bagaimana percobaan dapat dilakukan untuk menyelidiki apakah akson beroperasi sebagai pandu gelombang.

Lakukan dan periksa eksperimen dasar-mekanika kuantum Sebelum komputer cloud kuantum IBM dan alibaba, Anda memerlukan laboratorium mahal untuk melakukan eksperimen CHSH atau GHZ sederhana. Tentu saja qubit di komputer IBM tidak bebas celah tetapi banyak institut dan juga sekolah tinggi tidak dapat memiliki fasilitas eksperimen yang lebih baik yang dibeli dalam anggaran fisika mereka. Jadi eksperimen mekanika kuantum dasar dapat dilakukan dengan sangat mudah.

Alat dan eksperimen pemrograman kuantum Selanjutnya penelitian dasar dalam pemrograman alat komputer kuantum seperti kompiler dan pemetaan algoritma sekarang dapat diuji pada mesin nyata

Ini telah menyebabkan 113 makalah dengan algoritma kuantum nyata dan teruji untuk komputer IBM saja dan banyak lagi secara umum. makalah qc

Berpikir tentang kemampuan teoritis komputer kuantum telah menyebabkan wawasan penting tentang teori komputer klasik.

Salah satu contoh adalah bukti bahwa kompleksitas (klasik) kelas PP ditutup di bawah persimpangan. Sementara sudah ada bukti murni klasik karena Beigel, Reingold, dan Spielman, ada bukti sederhana yang menggunakan konsep-konsep dari komputasi kuantum.

Contoh yang lebih mengesankan adalah algoritma rekomendasi klasik ( 1 , 2 , 3 ) yang ditemukan oleh Ewin Tang dan kolaborator, yang terinspirasi oleh algoritma kuantum Kerendis-Prakash. Algoritma ini benar-benar baru, dan mungkin tidak ditemukan tanpa inspirasi dari algoritma kuantum.

Melaksanakan perangkat NISQ dengan cara yang secara asimptot mengungguli komputer klasik membuat Valid Turing Gereja-Turing Diperpanjang (ECT).

Tebal buku tebal ditulis tentang (Turing Gereja-Turing Tesis, dengan implikasi untuk cabang-cabang filsafat seperti filsafat pikiran.

Fakta bahwa ECT tidak hanya dapat dipalsukan tetapi juga kemungkinan keliru semata - mata berdasarkan keberadaan perangkat NISQ yang secara andal mempersiapkan keadaan yang sangat terjerat dalam dimensi yang cukup tinggi, saya pikir juga memiliki beberapa implikasi filosofis yang agak mendalam.

Jarang bahwa membimbing kepala sekolah filosofis dapat dipalsukan di laboratorium.