Qual è l'argomento secondo cui non è possibile costruire pratici computer quantistici?

Una risposta a un'altra domanda lo menziona

Ci sono argomenti che suggeriscono che tali macchine ["macchine quantistiche di Turing"] non possono nemmeno essere costruite ...

Non sono sicuro di aver compreso appieno il problema, quindi forse non sto ponendo la domanda giusta, ma ecco cosa potrei raccogliere.

Le diapositive sono presentate in una conferenza (dal 2013) del professor Gil Kalai (Hebrew University of Jerusalem e Yale University). Ho visto la maggior parte della lezione, e sembra che la sua affermazione sia che esiste una barriera alla creazione di computer quantistici a tolleranza d'errore (FTCQ), e questa barriera probabilmente sta attorno alla creazione di qubit logici da componenti fisici. (data e ora 26:20):

Sembra che la ragione di tale barriera sia dovuta al problema del rumore e della correzione degli errori. E anche se la ricerca attuale tiene conto del rumore, non lo fa nel modo giusto (questa è la parte che non capisco).

So che molte persone (ad esempio, Scott Aaronson) sono scettiche su questa affermazione di impossibilità, ma sto solo cercando di capire meglio l'argomento:

Qual è il motivo per cui non è possibile costruire pratici computer quantistici (come presentato dal professor Gil Kalai e dal 2013 è cambiato qualcosa)?

Se il tuo intento è quello di comprendere le argomentazioni di Gil Kalai, ti consiglio il seguente post sul suo blog: Il mio argomento contro i computer quantistici: un'intervista con Katia Moskvitch su Quanta Magazine (e i relativi collegamenti).

Per buona misura, avrei anche lanciato Perpetual Motion of The 21st Century? (in particolare i commenti). Puoi anche vedere i punti salienti di My Quantum Debate con Aram Harrow: Cronologia, Aspetti non tecnici e Flashback I e My Quantum Debate con Aram II . Infine, se non l'hai già fatto, vedi se Scott Aaronson è Dio che giochi i dadi o no, lo faccio .

In primo luogo, un breve riassunto della visione di Kalai dal suo articolo Avvisi (vedi anche Puzzle quantistico su computer @ Avvisi dell'AMS ):

Comprendere i computer quantistici in presenza di rumore richiede considerazione del comportamento su scale diverse. Su piccola scala, sono adatti modelli standard di rumore della metà degli anni '90 e le evoluzioni e gli stati quantici da essi descritti manifestano un potere computazionale di livello molto basso. Questo comportamento su piccola scala ha conseguenze di vasta portata per il comportamento di sistemi quantistici rumorosi su scale più grandi. Da un lato, non consente di raggiungere i punti di partenza per la tolleranza ai guasti e la supremazia quantistica, rendendoli entrambi impossibili su tutte le scale. D'altra parte, porta a nuovi modi impliciti per modellare il rumore su larga scala e a varie previsioni sul comportamento dei sistemi quantistici rumorosi.

In secondo luogo, un argomento recente per cui ritiene che sia possibile la correzione classica dell'errore ma non la correzione quantistica dell'errore.

A differenza del meccanismo di ripetizione / maggioranza che è supportato da un potere computazionale molto primitivo, la creazione di un codice di correzione dell'errore quantistico e il compito più semplice di dimostrare la supremazia quantistica non sono probabilmente raggiungibili da dispositivi di livello molto basso in termini di complessità computazionale.

(Nella summenzionata conversazione con Aram Harrow, si sottolinea che se si prendessero direttamente gli argomenti iniziali di Kalai, anche la classica correzione dell'errore non sarebbe possibile.)

Nel post, Kalai continua sostenendo che un computer quantistico primitivo non sarebbe in grado di eseguire la correzione degli errori.

D: Ma perché non puoi semplicemente creare qubit abbastanza buoni da consentire circuiti quantici universali con 50 qubit?

A: Ciò consentirà ai dispositivi molto primitivi (in termini di comportamento asintotico della complessità computazionale) di eseguire un calcolo superiore.

Kalai ha anche tenuto una lezione ( YouTube ) sul perché il calcolo quantistico topologico non funzionerebbe.

D: "Qual è il motivo per cui non è possibile costruire pratici computer quantistici ( come presentato dal professor Gil Kalai , e dal 2013 è cambiato qualcosa)?".

In un'intervista dal titolo " Perpetual Motion of The 21st Century? ", Il prof. Kalai afferma:

"Per i sistemi quantistici ci sono ostacoli speciali, come l'incapacità di fare copie esatte degli stati quantistici in generale. Tuttavia, gran parte della teoria della correzione degli errori è stata portata avanti, e il famoso teorema di soglia mostra che il calcolo quantico tollerante ai guasti (FTQC) è possibile se vengono soddisfatte determinate condizioni.La condizione più enfatizzata stabilisce una soglia per il tasso di errore assoluto, uno di questi ordini di grandezza è ancora più rigoroso di quello che la tecnologia attuale raggiunge ma accessibile. Una questione sollevata qui è se gli errori hanno un'indipendenza sufficiente per far funzionare questi schemi o correlazioni limitate a ciò che possono gestire ".

In un precedente documento del suo " Quantum Computers: Noise Propagation and Adversarial Noise Models " afferma:

Pagina 2: "La fattibilità di computer quantistici computazionalmente superiori è uno dei problemi scientifici più affascinanti del nostro tempo. La principale preoccupazione per la fattibilità del computer quantistico è che i sistemi quantistici sono intrinsecamente rumorosi. La teoria della correzione dell'errore quantistico e del quantum tollerante ai guasti il calcolo (FTQC) fornisce un forte supporto alla possibilità di costruire computer quantistici. In questo articolo discuteremo modelli di rumore contraddittorio che potrebbero fallire il calcolo quantistico. Questo documento presenta una critica della correzione dell'errore quantistico e lo scetticismo sulla fattibilità dei computer quantistici. ".

Pagina 19: "Il problema principale è quindi quello di comprendere e descrivere le operazioni di rumore fresco (o infinitesimale). I modelli contraddittori che consideriamo qui dovrebbero essere considerati come modelli di rumore fresco. Ma il comportamento degli errori cumulativi nei circuiti quantistici che consente la propagazione degli errori è una sorta di "modello" per i nostri modelli di rumore fresco.

L'immagine comune di FTQC afferma:

• La tolleranza agli errori funzionerà se siamo in grado di ridurre gli errori di gate / qubit freschi a una determinata soglia. In questo caso, la propagazione dell'errore verrà soppressa.

Ciò che proponiamo è:

• La tolleranza agli errori non funzionerà perché l'errore complessivo si comporterà come errori accumulati per la propagazione degli errori standard (per i circuiti che consentono la propagazione degli errori), sebbene non necessariamente a causa della propagazione degli errori.

Pertanto, per una modellizzazione appropriata di computer quantistici rumorosi, i nuovi errori dovrebbero comportarsi come errori accumulati per la propagazione degli errori standard (per i circuiti che consentono la propagazione degli errori).

(Di conseguenza, alla fine non saremo in grado di evitare la propagazione degli errori.) ".

Pagina 23: "Congettura B: in qualsiasi computer quantistico rumoroso in uno stato fortemente impigliato ci sarà un forte effetto della sincronizzazione degli errori.

A questo punto dovremmo già spiegare in modo informale perché queste congetture, se vere, sono dannose. Cominciamo con la congettura B. Gli stati dei computer quantistici che applicano i codici di correzione degli errori necessari per FTQC sono fortemente intrecciati (da qualsiasi definizione formale di "alta entanglement"). La congettura B implica che ad ogni ciclo del computer ci sarà una piccola ma sostanziale probabilità che il numero di qubit difettosi sia molto più grande della soglia. Ciò è in contrasto con le ipotesi standard secondo cui la probabilità che il numero di qubit difettosi sia molto maggiore della soglia diminuisce esponenzialmente con il numero di qubit. Avere una piccola ma sostanziale probabilità che un gran numero di qubit sia difettoso è sufficiente per fallire i codici di correzione dell'errore quantico ".

Vedi anche il suo articolo: " Come i computer quantistici falliscono: codici quantici, correlazioni nei sistemi fisici e accumulazione del rumore ".

Molte persone sono disagee e molte cose sono cambiate, vedi questa pagina di Wikipedia: " Teorema della soglia quantistica ", o questo documento " Calcoli quantistici sperimentali su un Qubit codificato topologicamente ", c'è persino questo documento sulla metrologia quantistica in cui gli autori affermano che: "Fare uso di coerenza e entanglement come risorse quantistiche metrologiche consente di migliorare la precisione di misurazione dal rumore di sparo o dal limite quantico al limite di Heisenberg. " nel loro articolo: " Metrologia quantistica con un qutrit transmon " utilizzando dimensioni aggiuntive.

Non posso commentare i dettagli dei suoi argomenti, perché non pretendo di capirli appieno. Ma in generale, dobbiamo chiederci se la meccanica quantistica continuerà ad essere valida per molti sistemi e stati qubit che sono profondi nello spazio di Hilbert.

La fisica si basa sull'osservazione della natura, sulla costruzione di teorie, sulla conferma delle teorie e sulla ricerca di dove si rompono. Quindi il ciclo ricomincia.

Non abbiamo mai avuto sistemi quantistici puliti, ben controllati e grandi come i processori quantici attuali. I dispositivi in ​​grado di ottenere la "supremazia" sono anche oltre la nostra attuale esperienza sperimentale. Quindi è valido chiedersi se questo angolo non proiettato di QM potrebbe essere dove tutto si rompe. Forse appariranno nuovi effetti "post-quantici", che agiscono efficacemente come forme di rumore non correggibili.

Certo, molti di noi non pensano che lo farà. E speriamo che non lo sia, o non ci saranno computer quantistici. Tuttavia, dobbiamo essere aperti alla possibilità di avere torto.

E la minoranza che pensa che il calcolo quantistico fallirà dovrebbe essere aperta all'idea che anche loro hanno torto. Speriamo che non si rivelino essere il nuovo marchio di "negazionisti della violazione di Bell".