O que especificamente torna os computadores quânticos úteis?

Eu sei que os computadores quânticos são capazes de processar uma superposição de todos os estados possíveis com uma única passagem pela lógica.

Parece ser o que as pessoas apontam como sendo o que torna os computadores quânticos especiais ou úteis.

No entanto, após o processamento das entradas superposicionais, você obtém um resultado superposicional, do qual você pode fazer apenas uma única pergunta e ela cai em um único valor. Sei também que não é (atualmente?) Possível clonar o estado de superposição, portanto, você está preso em obter uma resposta para essa pergunta.

Nos dois casos, parece que a capacidade de multiprocessamento realmente não recebeu nada, pois é efetivamente como se apenas um estado fosse processado.

Estou interpretando mal as coisas ou a real utilidade da computação quântica vem de outra coisa?

Alguém pode explicar o que é outra coisa?

Interferência destrutiva é a principal coisa que torna os computadores quânticos mais poderosos. Em uma computação probabilística clássica, ter dois caminhos para uma saída sempre torna esse resultado mais provável. Em um computador quântico, isso pode tornar o resultado menos provável.

Os algoritmos quânticos são cuidadosamente projetados para que respostas erradas tendam a ser destrutivamente interferidas, deixando apenas as soluções desejadas como resultado da medição. Isso é complicado de fazer, e nem todo problema permite. O algoritmo de pesquisa de Grover é um excelente exemplo desse efeito, então aqui está uma postagem de nível iniciante sobre o algoritmo de Grover .

Outras propriedades úteis dos computadores quânticos têm acesso a:

• Emaranhamento para melhorias de coordenação e comunicação (por exemplo , quebra de simetria , codificação superdensa , testes de campainha ).
• O princípio da incerteza para criptografia (por exemplo , distribuição quântica de chaves , números aleatórios certificados por Einstein ).
• Manipular estados físicos reais para implementar sensores quânticos e outros equipamentos de laboratório (quem não gostaria de um testador de bombas contrafactual ?).

(Scott Aaronson gosta de dizer que tudo de interessante sobre o quantum se deve a superposições que preservam a norma 2 em vez das normas 1 como as distribuições de probabilidade. Todos os efeitos úteis mais específicos que mencionei derivam da matemática subjacente.)

Algumas de suas perguntas são questões teóricas abertas. Existem várias maneiras de responder sua pergunta. Uma maneira geral de pensar sobre a computação QM é que ela utiliza a spintrônica, ou seja, a propriedade quântica da rotação para computação. Portanto, é um próximo passo lógico na miniaturização da eletrônica / lógica e da computação em geral. Existem limites teóricos na largura do portão que estão sendo escovados na atual tecnologia de fabricação, um consequente platô da lei de Moores e da spintrônica representa a "próxima fronteira".

$2^x$$x$é o número de qubits, ou seja, aumento exponencial da capacidade computacional para aumento linear de qubits. Isso parece quase fora da ficção científica, mas é uma propriedade aparentemente "real / intrínseca", tanto quanto se sabe.

Um avanço importante em 1996 é o algoritmo de Shor , que mostrou que o fatoramento pode ser resolvido em "tempo polinmomial quântico" e é creditado como incitando grande interesse na computação quântica. O fatorial é, obviamente, o cerne dos sistemas criptográficos modernos no algoritmo RSA amplamente utilizado .

É uma questão teórica aberta se computadores quânticos podem resolver outros problemas importantes em um tempo "mais rápido". Isso é conhecido como BPP =? Pergunta BQP .

Um controverso computador QM é construído pela DWave, que provou ser "útil" na solução de alguns problemas, e eles demonstraram com sucesso uma forma de escala quântica em um tipo de sistema QM "um pouco mais fraco" conhecido como computação adiabática . É uma questão em aberto se ele pode / irá demonstrar aumentos inequívocos de velocidade, ativamente sob pesquisa, por exemplo, Google, Nasa, Lockheed etc.

Em resumo, os computadores quânticos não são exatamente "úteis" no mesmo sentido que os computadores clássicos, que a natureza exata de sua utilidade está sendo pesquisada ativamente, e apenas sistemas limitados / experimentais / protótipos existem atualmente. Eles são conjecturados para serem "pelo menos tão úteis" quanto a computação convencional após sua realização e possivelmente / esperançosamente "mais úteis" de certas maneiras não exatamente previsíveis.

Uma resposta bastante controversa, mas lembre-se disso.

Eu diria que nada torna os computadores quânticos mais úteis (pelo menos atualmente)!

Certamente, o tratamento teórico padrão da mecânica quântica na computação, com relação a um tratamento teórico clássico, oferece de fato novas possibilidades (como outras respostas observaram). Então, o que é o prendedor aqui?

$P$$NP$

Referências relacionadas:

1. Existe uma prova formal de que a computação quântica é ou será mais rápida que a computação clássica?
2. Computador quântico emulado por um sistema clássico ( artigo da PIO )
3. Primeiro 'computador quântico' não é mais rápido que o PC clássico
4. As medições quânticas podem superar os computadores clássicos?
5. Derrotar um computador quântico simulando a mecânica quântica