¿Qué protocolos se han propuesto para implementar RAM cuánticas?

El papel crucial de las memorias de acceso aleatorio (RAM) en el contexto de la computación clásica hace que sea natural preguntarse cómo se puede generalizar dicho concepto al dominio cuántico.

Podría decirse que el trabajo más notable (¿y el primero?) Que propone una arquitectura QRAM eficiente es Giovannetti et al. 2007 . En este trabajo se demostró que su enfoque de "brigada de cubo" permite el acceso al contenido de la memoria con operaciones , donde N es el número de ranuras de memoria. Esta es una mejora exponencial con respecto a los enfoques alternativos, que requieren operaciones de O ( N α ) . Sin embargo, implementar esta arquitectura es altamente no trivial desde un punto de vista experimental.$\mathcal O(\log N)$$N$$\mathcal O(N^{\alpha})$

¿Es lo anterior la única forma conocida de implementar un QRAM? ¿O ha habido otros trabajos teóricos en esta dirección? Si es así, ¿cómo se comparan (pros y contras) con Giovannetti et al. ¿propuesta?

Se puede encontrar un buen resumen sobre el estado actual de QRAM (a partir de 2017) en este documento , y se puede encontrar una comparación con los métodos clásicos en esta charla . El tipo de "brigada de cangilones" Giovannetti QRAM todavía parece ser el mejor que se conoce, aunque existen modificaciones. Existen serias advertencias sobre el uso de cualquier QRAM, y todavía no se ha propuesto ninguna alternativa que las evite (aparte del uso de computadoras clásicas paralelas masivas).

El "cubo de brigada" QRAM codifica en superposición $N$ $d$tridimensionales en $\log(Nd)$ qubits usando $\mathcal{O}(\log(Nd))$hora. En este artículo se propuso un esquema alternativo con reducción de tiempo polinomial. . En cualquier caso, el número de recursos físicos utilizados es exponencial con el número de qubits. Esto podría causar problemas que limitan la implementación y / o utilidad del esquema.

El problema depende de cuántos componentes deben estar activos a la vez. Idealmente, el número de componentes activos solo necesita ser lineal con el número de qubits en la memoria. Sin embargo, las implementaciones reales generalmente están lejos de ser ideales.

Este documento , por ejemplo, analiza los efectos del ruido y concluye que la necesidad de corrección de errores podría eliminar cualquier ventaja del pequeño número de componentes activos. La gravedad de este problema potencial depende del algoritmo que esté utilizando la computadora cuántica y, por lo tanto, cuántas veces se debe consultar el QRAM. Para un número polinómico de consultas, se podría evitar la tolerancia a fallos completa. Pero para las consultas superpolinomiales, como la búsqueda de Grover, parece ser necesaria la tolerancia total.

En cuanto a la comparación con otras posibilidades, se ha argumentado que el número exponencial de recursos para el QRAM debe compararse con una arquitectura paralela clásica con un número exponencial de procesadores. El algoritmo cuántico no se ve tan bien con esta comparación. Como se explica aquí , algunos algoritmos para los cuales esperamos una aceleración cuántica son en realidad más lentos cuando se tiene en cuenta este paralelismo.

Aunque no tiene un alcance tan general, aquí también se propuso otra propuesta para poner datos clásicos en superposiciones, por lo que merece una mención.