Quali protocolli sono stati proposti per implementare RAM quantistiche?

Il ruolo cruciale delle memorie ad accesso casuale (RAM) nel contesto del calcolo classico rende naturale chiedersi come si possa generalizzare un tale concetto al dominio quantico.

Probabilmente il lavoro più notevole (e primo?) Che propone un'architettura QRAM efficiente è Giovannetti et al. 2007 . In questo lavoro è stato dimostrato che il loro approccio "bucket brigate" consente l'accesso al contenuto della memoria con operazioni , dove è il numero di slot di memoria. Questo è un miglioramento esponenziale rispetto agli approcci alternativi, che richiedono operazioni . L'implementazione di questa architettura è tuttavia altamente non banale da un punto di vista sperimentale.$\mathcal O(\log N)$$N$$\mathcal O(N^{\alpha})$

Quanto sopra è l'unico modo noto per implementare un QRAM? O ci sono stati altri lavori teorici in questa direzione? In tal caso, come si confrontano (pro e contro) con Giovannetti et al. proposta?

Un buon riassunto sullo stato attuale di QRAM (a partire dal 2017) può essere trovato in questo documento , e un confronto di esso con i metodi classici può essere trovato in questo discorso . Il QRAM di tipo "secchio vigili" di Giovannetti sembra essere ancora il migliore che si conosca, anche se esistono modifiche. Vi sono serie avvertenze sull'uso di tali QRAM e nessuna alternativa che le evita è stata ancora proposta (oltre all'utilizzo di computer classici massicciamente parallelizzati).

I "bucket brigade" codifica QRAM in sovrapposizione $N$ $d$ vettori -dimensionale in $\log(Nd)$ qubits utilizzando $\mathcal{O}(\log(Nd))$ tempo. In questo documento è stato proposto uno schema alternativo con riduzione del tempo polinomiale . In entrambi i casi, il numero di risorse fisiche utilizzate è esponenziale con il numero di qubit. Ciò potrebbe causare problemi che limitano l'attuazione e / o l'utilità del sistema.

Il problema dipende da quanti componenti devono essere attivi contemporaneamente. Idealmente, il numero di componenti attivi deve essere solo lineare con il numero di qubit nella memoria. Tuttavia, le implementazioni effettive sono generalmente tutt'altro che ideali.

Questo documento , ad esempio, esamina gli effetti del rumore e conclude che la necessità di correggere gli errori potrebbe rimuovere qualsiasi vantaggio dal piccolo numero di componenti attivi. La gravità di questo potenziale problema dipende da quale algoritmo viene utilizzato dal computer quantistico e quindi da quante volte deve essere interrogata la QRAM. Per un numero polinomiale di query, è possibile evitare la piena tolleranza agli errori. Ma per le query superpolinomiali, come per la ricerca di Grover, sembra essere necessaria la piena tolleranza.

Per quanto riguarda il confronto con altre possibilità, è stato sostenuto che il numero esponenziale di risorse per il QRAM dovrebbe essere confrontato con un'architettura parallela classica con un numero esponenziale di processori. L'algoritmo quantistico non sembra così eccezionale con questo confronto. Come spiegato qui , alcuni algoritmi per i quali prevediamo una velocità quantistica sono in realtà più lenti quando si tiene conto di questo parallelismo.

Sebbene non abbia una portata così generale, un'altra proposta per inserire dati classici in sovrapposizioni è stata proposta qui e merita quindi una menzione.