Perché e come è un computer quantistico più veloce di un normale computer?

Attualmente sto leggendo un libro (e molta Wikipedia) sulla fisica quantistica e devo ancora capire come un computer quantistico può essere più veloce dei computer che abbiamo oggi.

Come può un computer quantistico risolvere un problema in tempo sub-esponenziale che un computer classico può risolvere solo in tempo esponenziale?

Un computer quantistico da solo non è più veloce. Invece, ha un diverso modello di calcolo . In questo modello, ci sono algoritmi per alcuni problemi (non tutti!), Che sono asintoticamente più veloci degli algoritmi classici più veloci possibili (o più noti, per alcuni problemi).

Consiglio di leggere The Limits of Quantum di Scott Aaronson: è un breve articolo popolare che spiega esattamente cosa possiamo aspettarci dai computer quantistici.

L'idea di base è che i dispositivi quantistici possono trovarsi contemporaneamente in più stati. In genere, una particella può avere la sua rotazione su e giù contemporaneamente. Questo si chiama sovrapposizione. Se combini n particella, puoi avere qualcosa che può sovrapporre stati. Quindi, se riesci ad estendere, per esempio, le operazioni bolean a stati sovrapposti (o simboli sovrapposti) puoi eseguire diversi calcoli contemporaneamente. Questo ha vincoli ma può accelerare alcuni algoritmi. Un grave problema fisico è che è più difficile mantenere la sovrapposizione su sistemi più grandi.$2^n$

è un problema aperto soggetto alla ricerca all'avanguardia se gli algoritmi quantistici saranno mai più veloci degli algoritmi "classici" sia a livello teorico che a livello applicato. nella teoria della complessità si riflette nella domanda, ad esempio BQP =? P, ovvero se la classe "P" di calcolo quantico è equivalente o meno alla classe classica P (tempo polinomiale) e ci sono molte altre domande aperte correlate.

esiste un punto dati molto interessante e significativo: l' algoritmo Shors pluripremiato tiene conto dei numeri nel tempo quantico P, ma non è ancora noto se esista un algoritmo di factoring classico P-time.

una nuova direzione negli ultimi anni è il lavoro nel calcolo quantistico adiabatico che è più facile da implementare / ingegnerizzare rispetto ad altri metodi standard che coinvolgono il trasporto qbit (ma ancora estremamente difficile da implementare).

l'unico computer quantistico mai costruito fino ad oggi è dai sistemi Dwave ed è attualmente soggetto a intensi controlli scientifici e polemiche sui suoi effettivi effetti e prestazioni quantistiche; è molto costoso e fondamentalmente non supera i risultati di un computer desktop, quando il codice classico è completamente (umano / manuale) ottimizzato. tuttavia, si può affermare con certezza che nessun altro ente di ricerca aziendale, governativo o universitario sembra essere finora vicino al loro livello di avanzamento applicato / tecnico / ingegneristico.

le prospettive scientifiche al momento sono torbide e alcuni esperti / critici / scettici scientifici, ad esempio Dyakonov, credono / sostengono a lungo che i computer QM scalabili non si materializzeranno mai a causa di insormontabili difficoltà tecniche e / o barriere.

Ho una prova che dice che anche la potenza quantistica ha i suoi limiti.

I computer quantistici trovano molto difficile persino arrivare a un kilobit di qbit. Ma anche se ci arrivano solo, è abbastanza potente.

16384 qbit farebbero 128 dimensioni dello spazio con 128 intervalli di tempo, una ricerca completa ed esaustiva, è incredibile, 100 probabilità di 100 intervalli di 100 alberi di probabilità !!! ma non aspettatevi più di tale importo per quanto riguarda il quantum nel prossimo futuro.

Un sistema quantistico è un sistema che esiste in uno o più stati quantistici a diverse probabilità determinate da vincoli ambientali. Supponendo che un computer quantistico contenga tutti gli stati di un sistema quantico n-bit, l'estrazione di uno di questi stati fa crollare il sistema in uno degli stati. È simile a una funzione hash che utilizza O (1) per cercare un bucket senza iterazione. Sono necessari due elementi, l'archiviazione quantistica dei sistemi n-bit e una funzione simile all'hash per comprimere lo stato necessario. I vincoli svolgono il ruolo di diverse funzioni di hashing per far collassare il sistema n-bit nello stato desiderato.

Pensala in questo modo: ci sono problemi che possono essere risolti risolvendo molti sotto-casi individuali [esempio: factoring per divisione di prova]. Questi problemi richiedono molto tempo per risolvere se uno deve risolvere i sotto-casi uno dopo l'altro. Possono essere risolti molto più velocemente se uno può fornire abbastanza hardware per risolvere tutti i sotto-casi in parallelo, ma ciò non è pratico perché la quantità di hardware necessaria aumenta con la dimensione del problema. Il calcolo quantistico sfrutta la funzionalità di sovrapposizione di stati della Meccanica Quantistica per simulare la fornitura di hardware sufficiente, ovvero ogni stato nella sovrapposizione è "la macchina" per uno dei sotto-casi. Si noti che questa simulazione NON viene eseguita dal software, ma dalla natura stessa.