Apa argumen bahwa komputer kuantum praktis tidak dapat dibangun?

Jawaban untuk pertanyaan lain menyebutkan itu

Ada argumen yang menunjukkan bahwa mesin semacam itu ["mesin kuantum Turing"] bahkan tidak dapat dibangun ...

Saya tidak yakin saya sepenuhnya memahami masalahnya, jadi mungkin saya tidak mengajukan pertanyaan yang tepat, tapi inilah yang bisa saya kumpulkan.

Slide disajikan dalam sebuah kuliah (dari 2013) oleh Profesor Gil Kalai (Universitas Ibrani Yerusalem dan Universitas Yale). Saya menyaksikan sebagian besar kuliah, dan tampaknya klaimnya adalah bahwa ada penghalang untuk membuat komputer kuantum toleran-kesalahan (FTCQ), dan penghalang ini mungkin terletak di sekitar menciptakan qubit logis dari komponen fisik. (cap waktu 26:20):

Sepertinya alasan untuk penghalang seperti itu adalah karena masalah kebisingan dan koreksi kesalahan. Dan meskipun penelitian saat ini memperhitungkan kebisingan akun, itu tidak melakukannya dengan cara yang benar (ini adalah bagian yang saya tidak mengerti).

Saya tahu banyak orang (misalnya, Scott Aaronson) skeptis terhadap klaim ketidakmungkinan ini, tetapi saya hanya mencoba untuk lebih memahami argumen:

Apa alasan untuk menyarankan bahwa komputer kuantum praktis tidak dapat dibangun (seperti yang disampaikan oleh Profesor Gil Kalai, dan apakah ada yang berubah sejak 2013)?

Jika maksud Anda adalah untuk memahami argumen Gil Kalai, saya merekomendasikan posting blog-nya sebagai berikut: Argumen Saya Melawan Komputer Kuantum: Wawancara dengan Katia Moskvitch di Majalah Quanta (dan tautan di dalamnya).

Untuk ukuran yang baik, saya juga akan melempar Perpetual Motion of The 21st Century? (terutama komentar). Anda juga dapat melihat sorotan di Debat Kuantum Saya dengan Aram Harrow: Garis Waktu, Sorotan Non-teknis, dan Kilas Balik I dan Debat Kuantum Saya dengan Aram II . Akhirnya, jika Anda belum melakukannya, lihat Scott Aaronson Apakah Tuhan bermain dadu atau tidak, saya tahu .

Pertama, ringkasan singkat pandangan Kalai dari artikel Pemberitahuannya (lihat juga The Quantum Computer Puzzle @ Notices of the AMS ):

Memahami komputer kuantum di hadapan kebisingan memerlukan pertimbangan perilaku pada skala yang berbeda. Dalam skala kecil, model standar kebisingan dari pertengahan 90-an cocok, dan evolusi kuantum dan keadaan yang dijelaskan oleh mereka memanifestasikan kekuatan komputasi tingkat yang sangat rendah. Perilaku skala kecil ini memiliki konsekuensi yang luas untuk perilaku sistem kuantum yang bising pada skala yang lebih besar. Di satu sisi, itu tidak memungkinkan mencapai titik awal untuk toleransi kesalahan kuantum dan supremasi kuantum, membuat keduanya mustahil di semua skala. Di sisi lain, ini mengarah pada cara-cara tersirat baru untuk memodelkan kebisingan pada skala yang lebih besar dan berbagai prediksi tentang perilaku sistem kuantum yang bising.

Kedua, argumen baru - baru ini mengapa ia berpikir koreksi kesalahan klasik adalah mungkin tetapi koreksi kesalahan kuantum tidak.

Berbeda dengan mekanisme pengulangan / mayoritas yang didukung oleh kekuatan komputasi yang sangat primitif, membuat kode koreksi kesalahan kuantum dan tugas yang lebih mudah untuk menunjukkan supremasi kuantum tidak mungkin dicapai oleh perangkat yang tingkatannya sangat rendah dalam hal kompleksitas komputasi.

(Dalam percakapan yang disebutkan di atas dengan Aram Harrow, ditunjukkan bahwa jika seseorang mengambil argumen awal Kalai secara langsung, maka koreksi kesalahan klasik pun tidak mungkin dilakukan.)

Dalam posting tersebut, Kalai kemudian berargumen bahwa komputer kuantum primitif tidak akan dapat melakukan koreksi kesalahan.

T: Tapi mengapa Anda tidak bisa membuat qubit cukup baik untuk memungkinkan sirkuit kuantum universal dengan 50 qubit?

A: Ini akan memungkinkan perangkat yang sangat primitif (dalam hal perilaku asimptotik dari kompleksitas komputasi) untuk melakukan komputasi yang superior.

Kalai juga memberikan kuliah ( YouTube ) tentang mengapa komputasi kuantum topologi tidak akan berfungsi.

T: "Apa alasan untuk menyarankan bahwa komputer kuantum praktis tidak dapat dibangun ( seperti yang disampaikan oleh Profesor Gil Kalai , dan apakah ada yang berubah sejak 2013)?".

Dalam sebuah wawancara berjudul " Gerakan Abadi Abad 21? " Prof. Kalai menyatakan:

"Untuk sistem kuantum ada hambatan khusus, seperti ketidakmampuan untuk membuat salinan yang tepat dari keadaan kuantum secara umum. Meskipun demikian, banyak teori koreksi kesalahan telah terbawa, dan teorema ambang batas yang terkenal menunjukkan bahwa perhitungan kuantum toleran-kesalahan (FTQC) dimungkinkan jika kondisi tertentu terpenuhi. Kondisi yang paling ditekankan menetapkan ambang batas untuk tingkat kesalahan absolut, satu masih urutan besarnya lebih ketat daripada apa yang dicapai teknologi saat ini tetapi dapat didekati. Namun satu masalah yang diangkat di sini adalah apakah kesalahan memiliki independensi yang cukup untuk skema ini untuk bekerja atau korelasi terbatas pada apa yang dapat mereka tangani. "

Dalam makalah sebelumnya berjudul " Komputer Quantum: Propagasi Kebisingan dan Model Kebisingan Adversarial " ia menyatakan:

Halaman 2: "Kelayakan komputer kuantum yang unggul secara komputasional adalah salah satu masalah ilmiah paling menarik di zaman kita. Perhatian utama tentang kelayakan komputer kuantum adalah bahwa sistem kuantum secara inheren berisik. Teori koreksi kesalahan kuantum dan kesalahan-toleran kuantum perhitungan (FTQC) memberikan dukungan kuat untuk kemungkinan membangun komputer kuantum. Dalam makalah ini kita akan membahas model kebisingan permusuhan yang mungkin gagal perhitungan kuantum. Makalah ini menyajikan kritik koreksi kesalahan kuantum dan skeptisisme pada kelayakan komputer kuantum. "

Halaman 19: "Oleh karena itu masalah utama adalah untuk memahami dan menggambarkan operasi kebisingan yang baru (atau sangat kecil). Model permusuhan yang kita pertimbangkan di sini harus dianggap sebagai model untuk kebisingan baru. Tetapi perilaku kesalahan akumulatif dalam rangkaian kuantum yang memungkinkan propagasi kesalahan adalah semacam "model peran" untuk model kebisingan segar kami.

Gambaran umum dari FTQC menegaskan:

• Toleransi kesalahan akan berfungsi jika kita dapat mengurangi kesalahan gerbang / qubit segar hingga di bawah batas tertentu. Dalam hal ini propagasi kesalahan akan ditekan.

Apa yang kami usulkan adalah:

• Toleransi kesalahan tidak akan berfungsi karena kesalahan keseluruhan akan berperilaku seperti akumulasi kesalahan untuk perambatan kesalahan standar (untuk sirkuit yang memungkinkan perambatan kesalahan), meskipun tidak harus karena perambatan kesalahan.

Oleh karena itu, untuk pemodelan yang sesuai dari komputer kuantum berisik kesalahan baru harus berperilaku seperti akumulasi kesalahan untuk perambatan kesalahan standar (untuk sirkuit yang memungkinkan perambatan kesalahan).

(Akibatnya, pada akhirnya kami tidak akan dapat menghindari penyebaran kesalahan.) "

Halaman 23: "Dugaan B: Dalam komputer kuantum berisik apa pun dalam keadaan sangat terjerat akan ada efek kuat sinkronisasi kesalahan.

Kita harus menjelaskan secara informal pada titik ini mengapa dugaan ini, jika benar, merusak. Kita mulai dengan dugaan B. Keadaan komputer kuantum yang menerapkan kode koreksi kesalahan yang diperlukan untuk FTQC sangat terjerat (oleh definisi formal "keterjeratan tinggi"). Dugaan B akan menyiratkan bahwa pada setiap siklus komputer akan ada probabilitas kecil tapi substansial bahwa jumlah qubit yang salah akan jauh lebih besar dari ambang. Ini berbeda dengan asumsi standar bahwa probabilitas jumlah qubit yang salah jauh lebih besar daripada ambang batas yang menurun secara eksponensial dengan jumlah qubit. Memiliki probabilitas kecil tetapi substansial dari sejumlah besar qubit untuk rusak sudah cukup untuk gagal kode koreksi kesalahan kuantum. "

Lihat juga makalahnya: " Bagaimana Komputer Quantum Gagal: Kode Quantum, Korelasi dalam Sistem Fisik, dan Akumulasi Kebisingan ".

Banyak orang yang sakit, dan banyak yang berubah, lihat halaman Wikipedia ini: " Teorema Ambang Kuantum ", atau makalah ini " Komputasi Quantum Eksperimental pada Qubit yang Disandikan secara Topologis ", bahkan ada makalah ini tentang metrologi kuantum di mana penulis mengklaim bahwa: "Memanfaatkan koherensi dan keterikatan sebagai sumber daya kuantum metrologi memungkinkan untuk meningkatkan presisi pengukuran dari kebisingan tembakan atau batas kuantum ke batas Heisenberg. " dalam makalah mereka: " Metrologi kuantum dengan qutrit transmon " dengan memanfaatkan dimensi tambahan.

Saya tidak dapat mengomentari secara spesifik argumennya, karena saya tidak mengaku mengerti sepenuhnya. Tetapi secara umum, kita harus bertanya-tanya apakah mekanika kuantum akan terus berlaku untuk banyak sistem qubit dan keadaan yang jauh di dalam ruang Hilbert.

Fisika adalah tentang mengamati alam, membangun teori, mengonfirmasi teori, dan kemudian menemukan di mana mereka rusak. Kemudian siklus dimulai lagi.

Kami tidak pernah memiliki sistem kuantum yang bersih, terkontrol dengan baik, dan sebesar prosesor kuantum saat ini. Perangkat yang mampu melakukan 'supremasi' bahkan lebih jauh dari pengalaman eksperimental kami saat ini. Jadi valid untuk bertanya-tanya apakah sudut QM yang tidak dipastikan ini berada di tempat semuanya rusak. Mungkin efek 'post-quantum' baru akan muncul, yang secara efektif bertindak sebagai bentuk kebisingan yang tidak dapat diperbaiki.

Tentu saja, kebanyakan dari kita tidak berpikir itu akan terjadi. Dan kami berharap tidak, atau tidak akan ada komputer kuantum. Meskipun demikian, kita harus terbuka terhadap kemungkinan kita salah.

Dan minoritas yang berpikir komputasi kuantum akan gagal harus terbuka dengan gagasan bahwa mereka juga salah. Mudah-mudahan, mereka tidak akan menjadi merek baru 'Bell violation deniers'.