Чому і як квантовий комп'ютер швидший, ніж звичайний?

Зараз я читаю книгу (і багато вікіпедій) про квантову фізику, і я ще не зрозумів, як квантовий комп'ютер може бути швидшим, ніж комп'ютери, які ми маємо сьогодні.

Яким чином квантовий комп'ютер може вирішити задачу в субекспоненціальний час, який класичний комп'ютер може вирішити лише за експоненціальний час?

Квантовий комп'ютер сам по собі не швидший. Натомість він має інше модель обчислення . У цій моделі є алгоритми для певних (не всіх!) Проблем, які асимптотично швидші, ніж найшвидший (або найшвидший відомий, для деяких проблем) класичний алгоритм.

Я рекомендую ознайомитись з обмеженнями кванту Скотта Аронсона: це коротка популярна стаття, яка пояснює, що ми можемо очікувати від квантових комп'ютерів.

Основна ідея полягає в тому, що квантові пристрої можуть бути в декількох станах одночасно. Як правило, частинка може одночасно крутитися вгору і вниз. Це називається суперпозицією. Якщо ви об'єднаєте n частинок, у вас може бути щось, що може замінити станів. Потім, якщо вам вдасться поширити, скажімо, операції bolean на накладені стани (або накладені символи), ви можете робити кілька обчислень одночасно. Це має обмеження, але може прискорити деякі алгоритми. Однією з основних фізичних проблем є те, що важче підтримувати суперпозицію на більших системах.$2^n$

це відкрита проблема, що підлягає передовій дослідженню того, чи колись квантові алгоритми будуть швидшими, ніж "класичні" алгоритми, як на теоретичному, так і на прикладному рівнях. в теорії складності це відображено у запитанні, наприклад, BQP =? P, тобто, чи є квантові обчислення класу "P" еквівалентними чи ні класичному класу P (поліноміальний час), і існує багато інших пов'язаних відкритих питань.

є одна дуже інтригуюча і значна точка даних: відзначений нагородами алгоритм Shors чисельність факторів за P квантовий час, але досі невідомо, чи існує класичний алгоритм факторингу P-time.

Новим напрямком протягом останніх кількох років є робота в адіабатичних квантових обчисленнях які легше здійснити / інженерно, ніж інші стандартні методи, що стосуються транспорту qbit (але все ще надзвичайно важко реалізувати).

єдиний квантовий комп'ютер (і), що коли-небудь побудований на сьогодні, - це системи Dwave, і в даний час піддається інтенсивній науковій увазі та суперечці щодо його фактичних квантових ефектів та ефективності; це дуже дорого і в основному не перевершує настільний комп'ютер, коли класичний код повністю (людина / рука) оптимізований. однак можна справедливо стверджувати, що жоден інший корпоративний, урядовий чи університетський дослідницький інститут не виявляється десь близьким до рівня застосованого / технічного / інженерного прогресу.

науковий прогноз мутний на даний момент і деякі наукових експерти / критики / скептики наприклад Диякон довгий час вважало / сильно стверджує , що масштабовані QM комп'ютери не будуть ніколи матеріалізуються з - за непереборні технічні труднощі і / або бар'єри.

Я отримав доказ, який говорить, що навіть квантова потужність має свої межі.

Квантові комп’ютери дуже важко навіть дістатися до кілобіту кубітів. Але навіть якщо вони лише туди потраплять, це досить потужно.

16384 qbits зробить 128 розмірів простору на 128 кроків часу, повний вичерпний пошук, дивовижний, 100 часовий крок 100 дерево ймовірності розмірності !!! але не очікуйте більше, ніж ця сума для кванту найближчим часом.

Квантова система - це система, яка існує в квантових (іх) станах (ів) з різними ймовірностями, визначеними екологічними обмеженнями. Якщо припустити, що квантовий комп'ютер містить усі стани n-бітної квантової системи, витяг одного з цих станів згортає систему в один із станів. Це схоже на хеш-функцію, використовуючи O (1) для пошуку відра без ітерації. Дві речі потрібні: квантове зберігання n-бітових систем та хеш-функція для згортання необхідного стану. Обмеження відіграють роль різних хеш-функцій для згортання n-бітної системи в потрібний стан.

Подумайте про це так: Є проблеми, які можна вирішити, вирішивши цілу партію окремих підрозділів [приклад: факторинг шляхом пробного поділу]. Ці проблеми потребують багато часу для вирішення, якщо доведеться вирішувати підзагони один за одним. Їх можна вирішити набагато швидше, якщо можна надати достатньо обладнання для того, щоб паралельно вирішувати всі підпункти, але це не практично, оскільки кількість необхідного обладнання збільшується з розміром проблеми. Квантові обчислення використовують функцію суперпозиції станів Квантової механіки для імітації забезпечення достатньої кількості апаратних засобів - тобто кожен стан суперпозиції є «машиною» для одного з підпунктів. Зауважте, що це моделювання виконується не програмним забезпеченням, а самою природою.