Яке використання мали квантові обчислення?

Більшість із нас на цьому сайті вважають, що квантові обчислення будуть працювати. Однак давайте пограємо в захисника диявола. Уявіть, що ми раптом потрапили в якийсь фундаментальний камінь спотикання, який перешкоджав подальшому розвитку до універсального квантового комп'ютера. Можливо, ми обмежимось пристроєм NISQ (Шумний, Проміжний шкала кванту) розміром 50-200 кубітів, для аргументації. Вивчення (експериментальних) квантових обчислень раптово припиняється і подальший прогрес не досягається.

Що корисного вже вийшло з вивчення квантових комп'ютерів?

Під цим я маю на увазі реалізовані квантові технології, найбільш очевидним кандидатом яких є квантовий розподіл ключів, а також технічні результати, що надходять у інші сфери. Замість того, щоб просто перелік предметів, короткий опис кожного був би вдячний.

Існує маса цікавих додатків, які використовують подібну технологію. Багато лабораторій, які працюють у напрямку квантових обчислень, також публікують документи з цими додатками.

Ось декілька:

Всеоптичні обчислення. Особисто я вважаю, що це має більший потенціал, ніж квантові обчислення, оскільки вже було показано, що це корисно для швидкої обробки нейронних мереж (та інших алгоритмів, що передбачають множення матриць та нелінійні функції). Ці мікросхемні системи виробляються в тих же лабораторіях (і тих самих людей), що і лінійні квантові обчислення на основі вимірювань . Проектування систем, здатних працювати швидше, ніж напівпровідникові тактові швидкості, знижуючи мінімальну потужність на одну операцію за допомогою світла та збільшуючи паралелізацію, ймовірно, приведе нас дуже далеко, не потребуючи змін алгоритмічної архітектури.

Квантове моделювання . Первісна мрія Річарда Фейнмана про "квантові комп'ютери" тепер називається "квантовими аналоговими тренажерами". Природа діє як природа. Аналітично чи цифровим способом може бути важко обчислити, як поводиться атом Гідрогену, але використання системи з подібним гамільтоніаном може "зробити для вас математику". Для цих квантових симуляторів можна використовувати оптичні решітки (які іноді використовуються для квантових обчислень іонів ). Дуже важко зробити розрахунки молекул, використовуючи фундаментальну фізику, і хімія повна евристики для вирішення цих труднощів.

Квантова реконструкція держави . Зазвичай невідомою відкритою проблемою в квантовій інформації та обчисленнях є те, як реконструювати заплутані стани з високим qbit. Навіть якщо квантові обчислення не спрацьовують, досягнення в цих відкритих питаннях можуть бути корисними в майбутньому (наприклад, ключові протоколи розподілу та теорія інформації).

Квантове спілкування. Розподіл квантових ключів - це, мабуть, єдиний практичний практичний додаток, створений поки що не квантовою інформацією. Це дозволяє безпечно передавати інформацію без можливості підслуховування. Операції з фотонними воротами з високою точністю (створені для квантових комп'ютерів) могли б забезпечити ефективні квантові ретранслятори , які могли б збільшити максимальну відстань, яку можна пройти.

Екстра веселі речі. Особисто я думаю, що найцікавіше - це відповісти, чи мозок - це квантовий комп’ютер. Можливість того, що мозок є квантовим комп'ютером, за останні десятиліття багато окулісували фізики, відкидаючи високі температури для руйнування когерентності, але останнім часом високоповажні (і похвальні) фізики оскаржували це поняття. Один обговорював, як ядерні спіни можуть бути посередником квантової інформації, інший - обговорювати, як можна проводити експерименти для дослідження, якщо аксони працюють як хвилеводи.

Виконуйте та перевіряйте основні квантовомеханічні експерименти Перед квантовими хмарними комп'ютерами IBM та alibaba вам знадобиться дорога лабораторія для проведення простих експериментів CHSH або GHZ. Звичайно, кубіти в комп’ютері IBM не мають лазівки, але багато інститутів, а також коледжів не могли мати кращих експериментальних засобів, придбаних у межах фізичного бюджету. Тож основні квантові механічні експерименти можна зробити дуже легко.

Інструменти квантового програмування та експерименти Крім того, основні дослідження в програмуванні квантових комп'ютерних засобів, таких як компілятори та алгоритми картографування, тепер можна перевірити на реальних машинах

Це призвело до 113 робіт із реальними і перевіреними квантовими алгоритмами лише для ibm-комп'ютера та багато інших загалом. qc папери

Думка про теоретичні можливості квантових комп'ютерів призвела до важливих уявлень про теорію класичних комп'ютерів.

Одним із прикладів є доказ того, що (класичний) клас складності ПП закритий під перетином. Хоча для Бейгеля, Рейнгольда та Спілмана вже існували суто класичні докази, існує більш просте доказ, що використовує поняття з квантових обчислень.

Більш вражаючий приклад - класичні рекомендаційні алгоритми ( 1 , 2 , 3 ), виявлені Евіном Таном та його співробітниками, які були натхнені квантовим алгоритмом Керендіс-Пракаш. Ці алгоритми були справді новими і, можливо, не були б відкриті без натхнення квантового алгоритму.

Виконання пристрою NISQ таким чином, що асимптотично перевершує класичний комп'ютер, визнає недійсним розширену дисертацію Церкви Тюрінга (ECT).

Об'ємні томи, написані про (не розширену) тезу Церкви-Тьюрінга, з наслідками для галузей філософії, таких як філософія розуму.

Те, що ECT було не тільки підробним, але й, ймовірно, помилковим лише завдяки існуванню пристрою NISQ, що надійно готує сильно заплутаний стан у досить високому вимірі, я думаю, що це також має досить глибокі філософські наслідки.

Рідко можна зустріти керівних філософських принципів у лабораторії.