O que significa para um computador quântico ter

Quero começar com um aviso de que sou um físico com conhecimento mínimo de hardware de computador. Eu tenho uma sólida compreensão das informações quânticas do ponto de vista teórico, mas não tenho conhecimento de como elas são implementadas. Aqui vai ...

Quando uma empresa se vangloria de que o chip mais novo possui qubits, o que exatamente isso significa? Devo pensar em X como sendo análogo a 32 ou 64 bits em um processador convencional, o que significa que o computador quântico pode armazenar e processar tipos de dados do tamanho X ? Ou X é algo físico, como o número de junções Josephson no chip? devo pensar em $X$$X$$X$$X$$X$como sendo equivalente ao número de transistores em um processador convencional? A referência de um microprocessador convencional é o número de transistores, por isso é tentador fazer a equivalência entre transistor e qubit, mas não acho que isso seja correto, porque qubit é uma unidade de informação e um transistor é uma coisa de hardware. Além disso, eu não entenderia como a supremacia quântica poderia ser alcançada com apenas ~ 50 qubits quando os processadores convencionais possuem bilhões de transistores. Parece estranho dizer que um chip tem 'qubits', porque, do ponto de vista teórico, um qubit é informação e não hardware.$X$

EDITAR:

Estou percebendo que minha confusão se resume a memória versus poder de processamento . Eu entendo que, para armazenar estados X , eu precisaria de X qubits físicos (junções Josephson, estados de rotação, etc.). Mas então de onde vem o poder de processamento? Em um chip convencional, você tem registros para armazenar as informações a serem processadas, mas, em seguida, uma tonelada de transistores para realizar o cálculo. Minha pergunta é como esse poder de processamento é medido em um computador quântico? O número de portas quânticas no chip realmente não importa tanto quanto o número de qubits em que eles são capazes de operar?$2^X$$X$

Veja as tabelas anexadas no artigo da Wikipedia aqui:

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_quantum_processors

como ponto de partida. É provável que os "QPUs do modelo Gate" sejam Turing-completos do que os "QPUs de recozimento".

$X$$2^X$$X$

$X$$2^X$

Quando analisamos as especificações de hardware dos computadores clássicos, obtemos algumas informações sobre o tipo de coisas que podemos fazer com o dispositivo. Para um computador quântico baseado em circuito, o número relevante é quantos qubits tolerantes a falhas temos. Podemos então computar isso no número de qubit necessário para determinadas instâncias do nosso algoritmo favorito e ver o que isso significa em termos de números de fatoração, etc.

Atualmente, o número de qubits tolerantes a falhas é zero. Em vez disso, estamos em uma era de dispositivos protótipos barulhentos. Eles são para teste, e o que é possível depende fortemente de quão barulhentos são os portões e da conectividade (com quais pares de qubits podemos fazer uma porta controlada). Se uma empresa / laboratório não fornecer informações, não há como comparar com o que outras empresas / laboratórios estão fazendo (e todas estão atualmente a algumas ordens de grandeza de ter qubits ruidosos suficientes para fazer um qubit verdadeiramente tolerante a falhas) .

Eu diria que eles têm sistemas físicos individuais (representados matematicamente por um qubit) que se interconectam de alguma maneira (por isso falamos sobre conectividade). Os sistemas físicos podem ser duas polarizações diferentes de um fóton ou dois estados de um elétron ... Mas existem várias maneiras de se ter esses sistemas.

Agora supremacia quântica é uma palavra muito ruim. Portanto, a idéia é que o maior número de qubits simulados em computadores clássicos seja de cerca de 50 qubits. Portanto, ter uma realização física com um tamanho superior seria considerado uma "esperança" para os computadores quânticos "derrotarem" os clássicos.

Um bom vídeo explicativo sobre o assunto pode ser encontrado aqui .