Podemos realizar simulações de mecânica quântica usando um computador quântico?

Sou especialista em ciência da computação e gosta muito de física e mecânica quântica. Comecei a aprender sobre Q # e D-Wave, mas só queria saber se é possível testar teorias da mecânica quântica usando computadores quânticos.

Se sim, então em que todas as coisas diferentes devo procurar? Por exemplo, Q # nos permite cerca de 30 qubits para desenvolvimento gratuito. Que tipo de simulação posso fazer com tantos qubits?

— Yashank Varshney
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Respostas:

O que você quer dizer com "Simulações mecânicas quânticas"?

Uma das principais motivações no início da história da computação quântica foi uma afirmação de Richard Feynman de que um computador quântico seria capaz de simular efetivamente sistemas quânticos. Para esse fim, muitos dos programas quânticos de termo mais próximo que as pessoas estão tentando executar (e executaram) são simulações de estados fundamentais de átomos e moléculas. Elas são muito classicamente intensivas em recursos, mas a IBM fez isso com sucesso em moléculas menores e altamente simétricas, usando seus computadores quânticos atuais.

Por outro lado, se você está se perguntando se podemos testar a Mecânica Quântica como uma teoria usando um Computador Quântico, coisas como Desigualdades de Bell podem ser testadas. Esta é uma prova de que um sistema é Mecânico Quântico, uma vez que existe uma desigualdade que só pode ser quebrada se for utilizado emaranhamento. O artigo vinculado tem uma boa explicação e entra em algumas das verificações experimentais que já foram feitas, mas esse teste é uma das maneiras de garantir que um determinado computador com caixa preta seja quântico.

— Dripto Debroy
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Yess este é exatamente o que eu quis dizer com simulações quântica, mecânica quântica talvez eu shouldve usados como uma teoria como você mencionou :)

— Yashank Varshney

O problema com os testes de Bell em um computador quântico é que a maioria das arquiteturas não está configurada para fechar as brechas, principalmente a brecha na localidade, porque os qubits são colocados próximos uns dos outros para que possam interagir. Talvez contextualizar seria uma sugestão melhor?

— DaftWullie

@DaftWullie Esse é um ponto justo, não tenho certeza se tenho um exemplo melhor que ainda permanece dentro do domínio da teoria quântica um tanto simples. Tenho certeza de que existe algum tipo de jogo de lançamento de moedas que funcionaria, mas não consigo pensar em um.

— Dripto Debroy

@DaftWullie Para obter um resultado experimental recente que tenta evitar a brecha na localidade, consulte arxiv.org/pdf/1603.05705.pdf .

— Mariia Mykhailova

@MariiaMykhailova Estou familiarizado com os testes de Bell. O que eu estava dizendo é que essas são experiências distintas dos computadores quânticos e que os experimentos quânticos não são projetados para fechar as brechas.

— DaftWullie

Uma nota separada sobre o uso de simuladores para isso (em vez de usar um computador quântico real).

Simuladores, como o que vem com Q #, são construídos para simular teorias da mecânica quântica como as entendemos agora. Isso significa que qualquer experimento executado em um simulador se comportará exatamente como a teoria diz (bem, a menos que o simulador tenha um bug no código), mas isso não significa que esse experimento confirme a teoria - significa apenas que é uma boa simulação / ilustração da teoria.

— Mariia Mykhailova
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Então você está dizendo que, se houver algo diferente da teoria proposta, praticamente não conseguiremos testá-los usando simuladores como o Q #? Só porque eles deveriam fazer exatamente o que a teoria atual afirma?

— Yashank Varshney

Sim, exatamente. (Exceto Q # não é um simulador, mas uma linguagem de programação que pode invocar um simulador enviado como parte do Quantum Development Kit ... Mas eu nitpick)

— Mariia Mykhailova