¿Qué uso ha tenido la computación cuántica?

La mayoría de nosotros en este sitio creemos que la computación cuántica funcionará. Sin embargo, juguemos al abogado del diablo. Imagine que de repente nos topamos con un obstáculo fundamental que impidió un mayor desarrollo hacia una computadora cuántica universal. Quizás estamos limitados a un dispositivo NISQ (Quantum ruidoso, de escala intermedia) de 50-200 qubits, en aras de la discusión. El estudio de la computación cuántica (experimental) se detiene repentinamente y no se avanza más.

¿Qué bien ha salido del estudio de las computadoras cuánticas?

Con esto, me refiero a las tecnologías cuánticas realizables, el candidato más obvio es la distribución cuántica de claves, pero también los resultados técnicos que alimentan otros campos. En lugar de simplemente una lista de elementos, se agradecería una breve descripción de cada uno.

Hay muchas aplicaciones interesantes que usan tecnología similar. Muchos laboratorios que trabajan para la computación cuántica también publican documentos con estas aplicaciones.

Aquí están algunas:

Computación totalmente óptica. Personalmente, creo que esto tiene más potencial que la computación cuántica, ya que se ha demostrado que es útil para procesar rápidamente redes neuronales (y otros algoritmos que involucran la multiplicación de matrices y funciones no lineales). Estos sistemas en chip se fabrican en los mismos laboratorios (y las mismas personas) que la computación cuántica lineal basada en mediciones . Diseñar sistemas capaces de operar más rápido que las velocidades de reloj de semiconductores, reducir la potencia mínima por operación con luz y aumentar la paralelización probablemente nos llevará muy lejos sin necesidad de cambiar las arquitecturas algorítmicas.

Simulación cuántica . El sueño original de Richard Feynman de "computadoras cuánticas" es ahora lo que se conoce como "simuladores analógicos cuánticos". La naturaleza actúa como la naturaleza. Puede ser difícil calcular analíticamente o digitalmente cómo se comporta un átomo de hidrógeno, pero usar un sistema con un hamiltoniano similar puede "hacer los cálculos por usted". Las redes ópticas (que a veces se usan para la computación cuántica de iones ) se pueden usar para estos simuladores cuánticos. Es muy difícil hacer cálculos de moléculas utilizando física y química fundamentales, está lleno de heurísticas para hacer frente a estas dificultades.

Reconstrucción del estado cuántico . Un problema abierto generalmente no mencionado en la información cuántica y la informática es cómo reconstruir estados entrelazados de alto qbit. Incluso si la computación cuántica no funciona, los avances realizados en estas preguntas abiertas podrían ser útiles en el futuro (por ejemplo, para protocolos de distribución clave y teoría de la información).

Comunicación cuántica. La distribución de claves cuánticas es probablemente la única aplicación práctica de trabajo creada hasta ahora a partir de la información cuántica. Permite que la información se transfiera de forma segura sin la posibilidad de espías. Las operaciones de puerta de fotones de alta fidelidad (creadas para computadoras cuánticas) podrían permitir repetidores cuánticos eficientes , lo que podría extender la distancia máxima que se puede recorrer.

Cosas extra divertidas. Personalmente, creo que lo más interesante es responder si el cerebro es una computadora cuántica. La posibilidad de que el cerebro sea una computadora cuántica ha sido revelada por muchos físicos durante la última década, descartando las altas temperaturas del cerebro para destruir la coherencia, pero los físicos de gran reputación (y loables) han desafiado recientemente esta noción. Uno discutiendo cómo los espines nucleares podrían ser el mediador de la información cuántica, otro discutiendo cómo los experimentos podrían llevarse a cabo para investigar si los axones están operando como guías de onda.

Realice y verifique experimentos básicos de mecánica cuántica Antes de las computadoras de nube cuántica IBM y alibaba, necesitaría un laboratorio costoso para realizar experimentos simples de CHSH o GHZ. Por supuesto, los qubits en la computadora de IBM no están libres de lagunas, pero muchos institutos y colegios no podrían tener mejores instalaciones de experimentación compradas dentro de su presupuesto de física. Por lo tanto, los experimentos básicos de mecánica cuántica se pueden hacer muy fácilmente.

Herramientas y experimentos de programación cuántica Además, la investigación básica en la programación de herramientas informáticas cuánticas como compiladores y algoritmos de mapeo ahora se puede probar en máquinas reales

Esto ha llevado a 113 artículos con algoritmos cuánticos reales y probados para la computadora ibm solo y muchos más en general. documentos de control de calidad

Pensar en las capacidades teóricas de las computadoras cuánticas ha llevado a importantes conocimientos sobre la teoría de las computadoras clásicas.

Un ejemplo es la prueba de que la clase de complejidad (clásica) PP está cerrada bajo intersección. Si bien ya existía una prueba puramente clásica debido a Beigel, Reingold y Spielman, existe una prueba más simple que utiliza conceptos de la computación cuántica.

Un ejemplo más impresionante son los algoritmos de recomendación clásicos ( 1 , 2 , 3 ) descubiertos por Ewin Tang y sus colaboradores, que se inspiraron en el algoritmo cuántico Kerendis-Prakash. Estos algoritmos eran realmente nuevos y podrían no haberse descubierto sin la inspiración del algoritmo cuántico.

La ejecución de un dispositivo NISQ de una manera que supera asintóticamente a una computadora clásica invalida la Tesis Extendida de Turing de la Iglesia (ECT).

Tomos voluminosos escritos sobre la Tesis de la Iglesia de Turing (no extendida), con implicaciones para las ramas de la filosofía, como la filosofía de la mente.

El hecho de que el TCE no solo fuera falsable sino que también sea falso simplemente en virtud de la existencia de un dispositivo NISQ que prepara de manera confiable un estado altamente enredado en una dimensión lo suficientemente alta, creo que también tiene algunas implicaciones filosóficas bastante profundas.

Es raro que los principios filosóficos rectores se puedan falsificar en un laboratorio.