Por que e como um computador quântico é mais rápido que um computador comum?

Atualmente, estou lendo um livro (e muita wikipedia) sobre física quântica e ainda não entendi como um computador quântico pode ser mais rápido do que os computadores que temos hoje.

Como um computador quântico pode resolver um problema no tempo subexponencial que um computador clássico só pode resolver no tempo exponencial?

Um computador quântico por si só não é mais rápido. Em vez disso, ele tem um modelo diferente de computação . Nesse modelo, existem algoritmos para certos problemas (não todos!), Que são assintoticamente mais rápidos que os algoritmos clássicos mais rápidos possíveis (ou mais rapidamente conhecidos, para alguns problemas).

Eu recomendo a leitura de The Limits of Quantum, de Scott Aaronson: é um pequeno artigo popular que explica exatamente o que podemos esperar dos computadores quânticos.

A idéia básica é que os dispositivos quânticos podem estar em vários estados ao mesmo tempo. Normalmente, uma partícula pode girar para cima e para baixo ao mesmo tempo. Isso é chamado de superposição. Se você combinar n partícula, poderá ter algo que possa sobrepor estados. Então, se você conseguir estender, digamos, operações boleanas para estados sobrepostos (ou símbolos sobrepostos), poderá fazer vários cálculos ao mesmo tempo. Isso tem restrições, mas pode acelerar alguns algoritmos. Um grande problema físico é que é mais difícil manter a superposição em sistemas maiores.$2^n$

é um problema aberto, sujeito a pesquisas de ponta, se os algoritmos quânticos serão mais rápidos do que os algoritmos "clássicos", tanto no nível teórico quanto no aplicado. na teoria da complexidade, isso se reflete na pergunta, por exemplo, BQP =? P ou seja, se a classe "P" da computação quântica é equivalente ou não à classe P (tempo polinomial) clássica e existem muitas outras questões em aberto relacionadas.

existe um ponto de dados muito intrigante e significativo: o premiado algoritmo Shors fatora números no tempo quântico P, mas ainda não se sabe se existe um algoritmo de fatoração clássico no tempo P.

Uma nova direção nos últimos anos é o trabalho na computação quântica adiabática, mais fácil de implementar / projetar do que outros métodos padrão que envolvem o transporte de qbit (mas ainda extremamente difícil de implementar).

o único (s) computador (es) quântico (s) construído (s) até agora é pelos sistemas Dwave e atualmente está sujeito a intenso escrutínio científico e controvérsia em relação a seus efeitos e desempenho quânticos reais; é muito caro e basicamente não supera um computador desktop, quando o código clássico é totalmente otimizado (humano / mão). no entanto, pode-se afirmar com clareza que nenhuma outra entidade de pesquisa corporativa, governamental ou universitária parece estar próxima do nível de avanço aplicado / técnico / de engenharia até o momento.

as perspectivas científicas estão nubladas no momento e alguns especialistas / críticos / céticos, por exemplo, Dyakonov há muito acreditam / argumentam fortemente que computadores QM escaláveis nunca se materializarão devido a dificuldades e / ou barreiras técnicas intransponíveis.

Eu tenho uma prova que diz que até o poder quântico tem seus limites.

Os computadores quânticos acham muito difícil chegar a um kilobit de qbits. Mas mesmo que eles cheguem lá, é bastante poderoso.

16384 qbits daria 128 dimensões espaciais por 128 etapas de tempo, pesquisa exaustiva completa, isso é incrível, árvore de probabilidade de 100 etapas com 100 etapas !!! mas não espere mais do que esse valor em quantum no futuro próximo.

Um sistema quântico é um sistema que existe em um estado quântico com diferentes probabilidades determinadas por restrições ambientais. Supondo que um computador quântico contenha todos os estados de um sistema quântico de n bits, a extração de um desses estados reduz o sistema a um dos estados. Isso é semelhante a uma função de hash usando O (1) para procurar um bucket sem iteração. São necessárias duas coisas: armazenamento quântico dos sistemas de n bits e uma função semelhante a hash para recolher o estado necessário. As restrições desempenham o papel de diferentes funções de hash para recolher o sistema de n bits no estado desejado.

Pense da seguinte maneira: existem problemas que podem ser resolvidos resolvendo muitos sub-casos individuais [exemplo: fatoração por divisão de teste]. Esses problemas levam muito tempo para serem resolvidos se for necessário resolver os sub-casos, um após o outro. Eles podem ser resolvidos muito mais rapidamente se for possível fornecer hardware suficiente para resolver todos os sub-casos em paralelo, mas isso não é prático porque a quantidade de hardware necessária aumenta com o tamanho do problema. A computação quântica explora o recurso de superposição de estados da Mecânica Quântica para simular o fornecimento de hardware suficiente - ou seja, cada estado na superposição é 'a máquina' para um dos sub-casos. Observe que esta simulação não é feita por software, mas pela própria natureza.