O Quantum Computer é analógico?

Costumávamos ter computadores analógicos há várias décadas. Os computadores modernos são digitais. E os computadores Quantum? É analógico ou digital? Estou perguntando isso, já que o qubit pode ser muitas coisas ao mesmo tempo.

Não, computadores quânticos não são iguais aos computadores analógicos (pelo menos em princípio).

Computadores analógicos simulam o problema (matemático) a ser resolvido através da construção de um sistema físico que obedece às mesmas restrições / leis que o problema matemático. As respostas são obtidas observando e medindo o comportamento da simulação física. Sua precisão é a da simulação (pode haver efeitos parasitários), a precisão das condições iniciais, a configuração dos parâmetros do problema em particular e a medição do resultado.

A precisão também pode ser limitada pela escala de aplicabilidade dos fenômenos usados ​​para a simulação. Por exemplo, se a resposta for dada por um nível de água em um recipiente, você poderá ser limitado pelos efeitos de capilaridade (que podem ser explicados em certa medida) e pelo fato de medir o nível da água com mais precisão do que o diâmetro de um recipiente. molécula pode não ser muito significativa.

Costumava pensar que a principal diferença é que a computação analógica se baseia, em princípio, na simulação de leis contínuas, envolvendo reais, enquanto a computação digital opera exclusivamente em conjuntos contáveis. Mas, à luz do conhecimento atual da teoria da computação, essa distinção é provavelmente ingênua, porque suspeito que a física também poderia ser formalizada usando apenas reais computáveis , dos quais existe apenas um número contável.

A computação quântica permitirá principalmente que você faça várias computações digitais em paralelo (para simplificar). É sempre um produto cruzado finito de vários cálculos e, portanto, permanece no reino contável. Você pode pensar nisso como a construção entre produtos de um autômato que simula dois ou mais cálculos de autômatos mais simples (embora seja ainda menos geral do que o que eu entendo). Essas construções finas de produtos cruzados nunca saem do reino contável.

Em geral, uma computação quântica é vista como uma computação digital; no entanto, existe uma variante do computador quântico chamada "computador quântico variável contínua" ou CVQC, que pode ser considerado um computador analógico. Eu acredito que eles são usados ​​principalmente na simulação quântica, mas não são algo que eu estudei, então eu não sei muito mais sobre eles do que o acrônimo.

Com isso dito, há coisas sobre computadores quânticos "digitais" que parecem muito analógicos. Por exemplo, digamos que você comece com um registro quântico no estado fundamental e depois evolua o estado de forma unitária e, finalmente, meça o estado.

Em certo sentido, você começou com uma matriz zerada de bits clássicos e terminou com uma matriz de bits clássicos que foram o resultado da computação, mas as evoluções unitárias intermediárias parecem muito analógicas. Eles devem ser modelados com matrizes complexas, e os estados resultantes das transformações unitárias têm amplitudes reais etc. Mas, como a saída é claramente digital, consideramos uma computação digital.

Se pudéssemos "medir" a rotação do elétron em um eixo (por exemplo) e obter um valor real arbitrário, a computação quântica seria analógica ... Mas estaríamos vivendo em algum outro universo, com uma física ainda mais estranha: P

Enquanto a maioria dos esquemas para fabricar computadores quânticos envolve técnicas digitais, existem de fato alguns dispositivos analógicos chamados computadores quânticos adiabáticos (AQC). Consulte Tornar-se digital pode tornar escalável o computador quântico analógico | Ars Technica para mais detalhes.

Veja também Colloquium: Recozimento quântico e computação quântica analógica

Acredito que compreendo a base da sua pergunta: as informações codificadas em um bit em um computador moderno comum podem ser descritas por dois valores (binários), geralmente escritos como 0 ou 1 ou (melhor para o ponto em questão) como +1 ou -1. No entanto, se desejar, isso pode ser representado graficamente como algo no pólo norte ou no pólo sul de uma esfera semelhante à Terra. Essa seria uma maneira desnecessariamente elaborada de descrever como um pouco contém informações, mas é legítimo. Os navegadores se incomodariam em usar um globo analógico se existissem apenas nos dois pólos?

As informações codificadas em um computador quântico não podem ser escritas como +1 ou -1, fundamentalmente porque as informações codificadas em um qubit (o equivalente a um computador quântico) podem ter qualquer valor entre +1 e -1. Uma maneira de descrever isso é em uma esfera que, como um globo, possui marcações analógicas de latitude e longitude.

Tal esfera pode ser a esfera de Bloch, uma esfera unitária emprestada da geometria esférica sólida e da trigonometria. Podemos dar a essa esfera linhas de latitude e longitude. A má notícia é que a codificação de um ponto entre os pólos agora implica em números trigonométricos e complexos menos familiares. A boa notícia é que qualquer um desses pontos pode ser claramente avaliado, inclusive para descrever as informações codificadas em um qubit. Sim, com efeito, essa esfera de Bloch se assemelha a um globo obviamente analógico! Nesse sentido, eu concordo; computadores quânticos podem ser vistos como baseados em ferramentas matemáticas analógicas.