Bisakah kita melakukan simulasi mekanika kuantum menggunakan komputer kuantum?

Saya seorang jurusan ilmu komputer yang sangat tertarik pada fisika dan mekanika kuantum. Saya sudah mulai belajar tentang Q # dan D-Wave, tetapi saya hanya ingin tahu apakah mungkin untuk menguji teori mekanika kuantum menggunakan komputer kuantum.

Jika demikian, maka semua hal berbeda apa yang harus saya perhatikan? Sebagai contoh, Q # memungkinkan kita sekitar 30 qubit untuk pengembangan gratis. Simulasi seperti apa yang dapat saya lakukan dengan banyak qubit itu?

— Yashank Varshney
sumber

Jawaban:

Apa yang Anda maksud dengan "Simulasi Mekanika Kuantum"?

Salah satu motivasi utama dalam sejarah awal komputasi kuantum adalah pernyataan dari Richard Feynman bahwa komputer kuantum akan dapat secara efektif mensimulasikan sistem kuantum. Untuk itu, banyak istilah program kuantum terdekat yang orang coba jalankan (dan jalankan) adalah simulasi keadaan dasar atom dan molekul. Ini adalah sumber daya yang sangat klasik, tetapi IBM telah melakukan ini untuk keberhasilan yang baik pada molekul yang sangat simetris kecil menggunakan komputer kuantum mereka saat ini.

Di sisi lain, jika Anda bertanya-tanya apakah kami dapat menguji Mekanika Quantum sebagai teori menggunakan Komputer Quantum, hal-hal seperti Ketidaksetaraan Bell dapat diuji. Ini adalah bukti bahwa suatu sistem adalah Quantum Mechanical, karena ada ketidaksetaraan yang hanya dapat dipatahkan jika menggunakan keterjeratan. Artikel yang ditautkan memiliki penjelasan yang baik, dan masuk ke beberapa verifikasi eksperimental yang telah dilakukan, tetapi tes semacam itu adalah salah satu cara untuk memastikan bahwa Komputer Kotak Hitam yang diberikan adalah kuantum adalah sifat.

— Dripto Debroy
sumber

Ya ini persis apa yang saya maksudkan dengan simulasi kuantum, mungkin saya harus menggunakan Mekanika Kuantum sebagai teori seperti yang Anda sebutkan :)

— Yashank Varshney

Masalah dengan tes Bell pada komputer kuantum adalah bahwa sebagian besar arsitektur tidak diatur untuk dapat menutup celah, khususnya celah lokalitas, karena qubit ditempatkan berdekatan satu sama lain sehingga mereka dapat berinteraksi. Mungkin kontekstual akan menjadi saran yang lebih baik?

— DaftWullie

@ DavidWullie Itu poin yang adil, saya tidak yakin saya punya contoh yang lebih baik yang masih berada dalam bidang teori kuantum yang agak sederhana. Saya yakin ada beberapa bentuk permainan membalik koin yang bisa digunakan, tapi saya tidak bisa memikirkannya.

— Dripto Debroy

@DaftWullie Untuk hasil percobaan terbaru yang mencoba menghindari celah lokalitas, lihat arxiv.org/pdf/1603.05705.pdf .

— Mariia Mykhailova

@MariiaMykhailova saya kenal dengan tes Bell. Maksud saya adalah bahwa itu adalah eksperimen yang berbeda dari komputer kuantum, dan bahwa eksperimen komputer kuantum tidak dirancang untuk menutup celah.

— DaftWullie

Catatan terpisah tentang penggunaan simulator untuk ini (bukan menggunakan komputer kuantum yang sebenarnya).

Simulator, seperti yang dikirimkan dengan Q #, dibangun untuk mensimulasikan teori mekanika kuantum seperti yang kita pahami sekarang. Ini berarti bahwa setiap percobaan yang Anda jalankan di simulator akan berperilaku tepat seperti yang dikatakan teori (well, kecuali jika simulator memiliki bug dalam kode), tetapi itu tidak berarti bahwa percobaan ini mengkonfirmasi teori - itu hanya berarti bahwa itu adalah simulasi / ilustrasi teori yang bagus.

— Mariia Mykhailova
sumber

Jadi, apakah Anda mengatakan bahwa jika ada sesuatu yang berbeda dari teori yang diusulkan, secara praktis kami tidak akan dapat mengujinya menggunakan simulator seperti Q #? Hanya karena mereka pada dasarnya seharusnya melakukan apa yang dinyatakan oleh teori saat ini?

— Yashank Varshney

Ya persis. (Kecuali Q # bukan simulator, tetapi bahasa pemrograman yang dapat memanggil simulator yang dikirim sebagai bagian dari Quantum Development Kit ... Tapi aku bingung)

— Mariia Mykhailova