Mengapa dan bagaimana komputer kuantum lebih cepat dari komputer biasa?

Saat ini saya sedang membaca buku (dan banyak wikipedia) tentang fisika kuantum dan saya belum mengerti bagaimana komputer kuantum bisa lebih cepat daripada komputer yang kita miliki saat ini.

Bagaimana komputer kuantum dapat memecahkan masalah dalam waktu sub-eksponensial yang hanya dapat diselesaikan oleh komputer klasik dalam waktu eksponensial?

Komputer kuantum dengan sendirinya tidak lebih cepat. Sebaliknya, ia memiliki model komputasi yang berbeda . Dalam model ini, ada algoritma untuk masalah tertentu (tidak semua!), Yang secara asimptotik lebih cepat daripada algoritma klasik yang paling cepat (atau paling cepat diketahui, untuk beberapa masalah).

Saya sarankan membaca The Limits of Quantum oleh Scott Aaronson: ini adalah artikel populer singkat yang menjelaskan apa yang dapat kita harapkan dari komputer kuantum.

Gagasan dasarnya adalah bahwa perangkat kuantum dapat berada di beberapa negara secara bersamaan. Biasanya, sebuah partikel dapat berputar dan naik pada saat yang bersamaan. Ini disebut superposisi. Jika Anda menggabungkan n partikel, Anda dapat memiliki sesuatu yang dapat menempatkan status . Kemudian, jika Anda berhasil memperluas, katakanlah, operasi bolean ke status superposis (atau simbol superposis) Anda dapat melakukan beberapa perhitungan pada saat yang sama. Ini memiliki kendala tetapi dapat mempercepat beberapa algoritma. Satu masalah fisik utama adalah bahwa lebih sulit untuk mempertahankan superposisi pada sistem yang lebih besar.$2^n$

ini merupakan masalah terbuka untuk penelitian mutakhir apakah algoritma kuantum akan lebih cepat daripada algoritma "klasik" baik pada level teoretis maupun terapan. dalam teori kompleksitas itu tercermin dalam pertanyaan, misalnya BQP =? P yaitu apakah komputasi kuantum "P" kelas setara atau tidak dengan kelas P (polinomial waktu) klasik & ada banyak pertanyaan terbuka terkait lainnya.

ada satu datapoint yang sangat menarik & signifikan: faktor-faktor algoritma Shors pemenang penghargaan dalam waktu kuantum P, tetapi masih belum diketahui apakah ada algoritma anjak klasik P-time.

arah baru selama beberapa tahun terakhir adalah bekerja dalam komputasi kuantum adiabatik yang lebih mudah diimplementasikan / direkayasa daripada metode standar lainnya yang melibatkan transportasi qbit (namun masih sangat sulit untuk diterapkan).

satu-satunya komputer kuantum yang pernah dibangun hingga saat ini adalah oleh sistem Dwave dan saat ini menjadi subjek penelitian dan kontroversi ilmiah yang intens mengenai efek & kinerja kuantum aktualnya; itu sangat mahal dan pada dasarnya tidak mengungguli komputer desktop, ketika kode klasik sepenuhnya (manusia / tangan) dioptimalkan. namun demikian, dapat dinyatakan secara adil bahwa tidak ada entitas riset perusahaan, pemerintah, atau universitas lainnya yang tampaknya mendekati tingkat kemajuan penerapan / teknis / teknik mereka sejauh ini.

yang ilmiah prospek mendung pada saat & beberapa ilmiah ahli / kritik / skeptis misalnya Dyakonov telah lama percaya / berpendapat kuat bahwa scalable komputer QM akan tidak pernah terwujud karena kesulitan teknis dapat diatasi dan / atau hambatan.

Saya punya bukti yang mengatakan bahwa bahkan kekuatan kuantum memiliki batasnya.

Komputer Quantum merasa sangat sulit bahkan untuk mencapai satu kilobit qbits. Tetapi bahkan jika mereka hanya sampai di sana, itu cukup kuat.

16384 qbits akan membuat 128 dimensi ruang dengan 128 langkah waktu, pencarian lengkap lengkap, itu luar biasa, 100 langkah langkah 100 pohon probabilitas dimensi !!! tapi jangan berharap lebih dari jumlah itu untuk kuantum dalam waktu dekat.

Sistem kuantum adalah sistem yang ada dalam keadaan kuantum pada berbagai probabilitas yang ditentukan oleh kendala lingkungan. Dengan asumsi bahwa komputer kuantum berisi semua status sistem kuantum n-bit, ekstraksi salah satu status ini akan merusak sistem menjadi salah satu kondisi. Ini mirip dengan fungsi hash menggunakan O (1) untuk mencari ember tanpa iterasi. Dua hal diperlukan, penyimpanan kuantum dari sistem n-bit dan fungsi seperti hash untuk meruntuhkan keadaan yang diperlukan. Constrain memainkan peran fungsi hashing yang berbeda untuk meruntuhkan sistem n-bit ke kondisi yang diinginkan.

Pikirkan seperti ini: Ada masalah yang dapat diselesaikan dengan menyelesaikan banyak kasus individu [contoh: anjak piutang oleh divisi percobaan]. Masalah-masalah ini membutuhkan waktu lama untuk diselesaikan jika seseorang harus menyelesaikan sub-kasus satu demi satu. Mereka dapat dipecahkan lebih cepat jika seseorang dapat menyediakan perangkat keras yang cukup untuk menyelesaikan semua sub-kasus secara paralel, tetapi itu tidak praktis karena jumlah perangkat keras yang dibutuhkan meningkat dengan ukuran masalah. Komputasi Quantum mengeksploitasi fitur superposisi-status dari Quantum Mechanics untuk mensimulasikan penyediaan perangkat keras yang cukup - yaitu setiap negara dalam superposisi adalah 'mesin' untuk salah satu sub-kasus. Perhatikan bahwa simulasi ini dilakukan BUKAN oleh perangkat lunak, tetapi oleh Alam itu sendiri.