A maioria de nós neste site acredita que a computação quântica funcionará. No entanto, vamos bancar o advogado do diabo. Imagine que de repente atingimos algum obstáculo fundamental que impedia o desenvolvimento de um computador quântico universal. Talvez estejamos limitados a um dispositivo NISQ (Noisy, Intermediate Scale Quantum) de 50-200 qubits, por uma questão de argumento. O estudo da computação quântica (experimental) para repentinamente e não há mais progresso.
Qual a vantagem do estudo dos computadores quânticos?
Com isso, quero dizer tecnologias quânticas realizáveis, o candidato mais óbvio é a Quantum Key Distribution, mas também resultados técnicos que alimentam outros campos. Em vez de simplesmente uma lista de itens, uma breve descrição de cada um seria apreciada.
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Respostas:
Existem muitas aplicações interessantes que usam tecnologia semelhante. Muitos laboratórios que trabalham para a computação quântica também publicam documentos com esses aplicativos.
Aqui estão alguns:
Computação totalmente óptica. Pessoalmente, acho que isso tem mais potencial do que a computação quântica, pois já foi demonstrado ser útil para processar rapidamente redes neurais (e outros algoritmos que envolvem multiplicação de matrizes e funções não lineares). Esses sistemas no chip são fabricados nos mesmos laboratórios (e nas mesmas pessoas) da computação quântica linear baseada em medição . Projetar sistemas capazes de operar mais rápido que as velocidades do relógio semicondutor, diminuindo a potência por operação mínima usando luz e aumentando o paralelismo provavelmente nos levará muito longe sem precisar alterar as arquiteturas algorítmicas.
Simulação quântica . O sonho original de Richard Feynman de "computadores quânticos" é agora o que chamamos de "simuladores analógicos quânticos". A natureza age como a natureza. Pode ser difícil calcular analiticamente ou digitalmente como um átomo de hidrogênio se comporta, mas o uso de um sistema com um Hamiltoniano semelhante pode "fazer as contas para você". Malhas ópticas (que às vezes são usadas para computação quântica de íons ) podem ser usadas para esses simuladores quânticos. É muito difícil fazer cálculos de moléculas usando a física fundamental e a química é cheia de heurísticas para lidar com essas dificuldades.
Reconstrução do estado quântico . Um problema aberto geralmente não mencionado em informações e computação quânticas é como reconstruir estados emaranhados de alto qbit. Mesmo que a computação quântica não funcione, os avanços nessas perguntas abertas podem ser úteis no futuro (por exemplo, principais protocolos de distribuição e teoria da informação).
Comunicação Quântica. A distribuição Quantum Key é provavelmente a única aplicação prática de trabalho criada até agora a partir de informações quânticas. Ele permite que as informações sejam transferidas com segurança, sem a possibilidade de interceptadores. As operações de gate de fótons de alta fidelidade (criadas para computadores quânticos) podem permitir repetidores quânticos eficientes , que podem estender a distância máxima que pode ser percorrida.
Coisas extra divertidas. Pessoalmente, acho que a coisa mais interessante é responder se o cérebro é um computador quântico. A possibilidade do cérebro ser um computador quântico foi revirada por muitos físicos na última década, descartando as altas temperaturas do cérebro para destruir a coerência, mas físicos altamente respeitáveis (e louváveis) desafiaram recentemente essa noção. Um discutindo como os spins nucleares podem ser o mediador da informação quântica, outro discutindo como os experimentos podem ser realizados para investigar se os axônios estão operando como guias de ondas.
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Executar e verificar experimentos mecânicos quânticos básicos Antes dos computadores da nuvem quântica da IBM e da alibaba, você precisaria de um laboratório caro para realizar experimentos simples de CHSH ou GHZ. É claro que os qubits no computador da IBM não estão livres de brechas, mas muitos institutos e também faculdades não poderiam ter melhores instalações de experimentos adquiridas dentro do seu orçamento de física. Portanto, experimentos básicos de mecânica quântica podem ser feitos com muita facilidade.
Ferramentas e experimentos de programação quântica Além disso, pesquisas básicas em programação de ferramentas computacionais quânticas, como compiladores e algoritmos de mapeamento, agora podem ser testadas em máquinas reais
Isso levou a 113 trabalhos com algoritmos quânticos reais e testados apenas para o computador IBM e muitos mais em geral. papéis qc
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Pensar nas capacidades teóricas dos computadores quânticos levou a importantes insights sobre a teoria dos computadores clássicos.
Um exemplo é a prova de que a classe de complexidade (clássica) PP está fechada sob interseção. Embora já houvesse uma prova puramente clássica devido a Beigel, Reingold e Spielman, existe uma prova mais simples que usa conceitos da computação quântica.
Um exemplo mais impressionante são os algoritmos clássicos de recomendação ( 1 , 2 , 3 ) descobertos por Ewin Tang e colaboradores, inspirados no algoritmo quântico Kerendis-Prakash. Esses algoritmos eram genuinamente novos e podem não ter sido descobertos sem a inspiração do algoritmo quântico.
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A execução de um dispositivo NISQ de uma maneira que supere assintoticamente um computador clássico invalida a Tese Estendida de Church-Turing (ECT).
Tomos volumosos escritos sobre a tese de Church-Turing (não ampliada), com implicações para ramos da filosofia, como a filosofia da mente.
O fato de que a ECT não era apenas falsificável, mas também provavelmente falsa, apenas em virtude da existência de um dispositivo NISQ preparando confiavelmente um estado altamente emaranhado em dimensão alta o suficiente, acho que também tem algumas implicações filosóficas bastante profundas.
É raro que princípios filosóficos orientadores possam ser falsificados em laboratório.
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