¿Podemos realizar simulaciones mecánicas cuánticas usando una computadora cuántica?

Soy un experto en informática que está muy interesado en la física y la mecánica cuántica. Empecé a aprender sobre Q # y D-Wave, pero solo quería saber si es posible probar teorías de mecánica cuántica usando computadoras cuánticas.

Si es así, ¿qué cosas diferentes debería considerar? Por ejemplo, Q # nos permite unos 30 qubits para el desarrollo gratuito. ¿Qué tipo de simulaciones puedo hacer con tantos qubits?

— Yashank Varshney
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Respuestas:

¿Qué quiere decir con "simulaciones mecánicas cuánticas"?

Una de las principales motivaciones en la historia temprana de la computación cuántica fue una declaración de Richard Feynman de que una computadora cuántica podría simular efectivamente sistemas cuánticos. Con ese fin, muchos de los programas cuánticos de términos más cercanos que las personas intentan ejecutar (y han ejecutado) son simulaciones de estados fundamentales de átomos y moléculas. Estos son muy intensivos en recursos, pero IBM lo ha hecho con gran éxito en moléculas más pequeñas y altamente simétricas utilizando sus computadoras cuánticas actuales.

Por otro lado, si se pregunta si podemos probar la Mecánica Cuántica como una teoría usando una Computadora Cuántica, se pueden probar cosas como las Desigualdades de Bell . Esta es una prueba de que un sistema es Mecánico Cuántico, ya que existe una desigualdad que solo puede romperse si se usa un enredo. El artículo vinculado tiene una buena explicación y aborda algunas de las verificaciones experimentales que ya se han realizado, pero dicha prueba es una de las formas de garantizar que una computadora Black Box determinada sea cuántica por naturaleza.

— Dripto Debroy
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Sí, esto es exactamente lo que quise decir con simulaciones cuánticas, tal vez debería haber usado la Mecánica Cuántica como una teoría como la que mencionaste :)

— Yashank Varshney

El problema con las pruebas de Bell en una computadora cuántica es que la mayoría de las arquitecturas no están configuradas para poder cerrar las lagunas, particularmente la laguna local, porque los qubits se colocan uno cerca del otro para que puedan interactuar. ¿Quizás contextualizar sería una mejor sugerencia?

— DaftWullie

@DaftWullie Ese es un punto justo, no estoy seguro de tener un mejor ejemplo que aún permanezca dentro del ámbito de la teoría cuántica algo simple. Estoy seguro de que hay algún tipo de juego de lanzar monedas que funcionaría, pero no puedo pensar en uno.

— Dripto Debroy

@DaftWullie Para obtener un resultado experimental reciente que intenta evitar la escapatoria local, consulte arxiv.org/pdf/1603.05705.pdf .

— Mariia Mykhailova

@MariiaMykhailova Estoy familiarizado con las pruebas de Bell. El punto que estaba haciendo es que esos son experimentos distintos de las computadoras cuánticas, y que los experimentos de las computadoras cuánticas no están diseñados para cerrar las lagunas.

— DaftWullie

Una nota separada sobre el uso de simuladores para esto (en lugar de usar una computadora cuántica real).

Los simuladores, como el que se envía con Q #, están diseñados para simular teorías de mecánica cuántica tal como las entendemos ahora. Esto significa que cualquier experimento que ejecute en un simulador se comportará exactamente como dice la teoría (bueno, a menos que el simulador tenga un error en el código), pero no significa que este experimento confirme la teoría, solo significa que es un Buena simulación / ilustración de la teoría.

— Mariia Mykhailova
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Entonces, ¿estás diciendo que si hay algo diferente de la teoría propuesta, prácticamente no podremos probarlos usando simuladores como Q #? ¿Solo porque se supone que deben hacer exactamente lo que dice la teoría actual?

— Yashank Varshney

Sí exactamente. (Excepto que Q # no es un simulador, sino un lenguaje de programación que puede invocar un simulador enviado como parte del Kit de desarrollo cuántico ... Pero yo no me gusta)

— Mariia Mykhailova