¿Qué significa para una computadora cuántica tener

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Quiero presentar con un descargo de responsabilidad que soy un físico con un conocimiento mínimo del hardware de la computadora. Tengo una sólida comprensión de la información cuántica desde un punto de vista teórico, pero cero conocimiento de cómo se implementa. Aquí va...

Cuando una empresa se jacta de que el chip más nuevo tiene qubits, ¿qué significa eso exactamente? ¿Debería pensar que es análogo a 32 o 64 bits en un procesador convencional, lo que significa que la computadora cuántica puede contener y procesar tipos de datos de tamaño ? ¿O es algo físico, como el número de uniones Josephson en el chip? debería pensar en $X$ $X$ $X$ $X$ $X$ como equivalente al número de transistores en un procesador convencional? El punto de referencia de un microprocesador convencional es la cantidad de transistores, por lo que es tentador establecer la equivalencia entre transistor y qubit, pero no creo que sea correcto porque qubit es una unidad de información y un transistor es una cosa de hardware. Y además, no entendería cómo se podría lograr la supremacía cuántica con solo ~ 50 qubits cuando los procesadores convencionales tienen miles de millones de transistores. Parece extraño decir que un chip tiene 'qubits', porque desde un punto de vista teórico, un qubit es información y no hardware. $X$

EDITAR:

Me estoy dando cuenta de que mi confusión se reduce a memoria vs poder de procesamiento . Lo consigo para almacenar estados, necesitaría qubits físicos (uniones Josephson, estados de giro, etc.). Pero entonces, ¿de dónde viene el poder de procesamiento? En un chip convencional, tiene registros para almacenar la información que se procesará, pero luego una tonelada de transistores para realizar el cálculo. Mi pregunta es cómo se mide esta potencia de procesamiento en una computadora cuántica. ¿El número de puertas cuánticas en el chip realmente no importa tanto como el número de qubits en los que son capaces de operar? $2^X$ $X$

physical-realization physical-qubit

— Jackson
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"Tengo una sólida comprensión de la información cuántica desde un punto de vista teórico" . ¿Qué quiere decir con eso? ¿Que sabes? ¿Entiendes los algoritmos cuánticos?

— Norbert Schuch

El "poder de procesamiento" proviene de las compuertas, y de hecho necesita muchas compuertas para implementar un algoritmo cuántico; dependiendo de un algoritmo, el número de puertas puede ser polinomialmente mayor que el número de qubits; con algunos problemas, puede encontrar una compensación de tiempo de memoria conocida: al usar más qubits, puede disminuir el número requerido de puertas.

— kludg

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Tome las tablas adjuntas en el artículo de Wikipedia aquí:

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

como punto de partida Es más probable que los "QPU modelo de puerta" sean completos de Turing que los "QPU de recocido".

Para las compañías que reclaman qubits, significan que tienen la capacidad de operar, mecánicamente cuánticamente, en estados , y son qubits implementados físicamente, por ejemplo, uniones Josephson, etc., como un bit individual en DRAM en Se implementa físicamente una computadora clásica (con un condensador y un transistor). $X$ $2^X$ $X$

$X$ $2^X$

— Marcas
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Ok, esto aclara las cosas. Estoy bastante familiarizado con la rareza cuántica (¡tanto como uno puede ser!), Pero creo que debo dejar de pensar en las computadoras cuánticas como máquinas sumadoras como una computadora normal jajaja. ¡Gracias!

— Jackson

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2^{X}

$2^X$

Es muy probable que sepa más sobre la rareza cuántica que yo. Pero para su edición, no es como si hubiera una puerta NAND o una puerta AOI (o mejor una puerta CNOT o una puerta de cambio de fase controlada) en la QPU teórica que le permite realizar el algoritmo de Shor (o Grover, etc.) Es más que El software ejecuta la puerta CNOT en los qubits. No sé nada sobre cómo se implementa el software en un dispositivo de unión Josephson, pero podría ser seguro decir que el procesador cuántico son los qubits físicos , y algún otro mecanismo ejecuta las puertas cuánticas en estos qubits.

— Mark S

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Cuando tomamos las especificaciones de hardware para computadoras clásicas, obtenemos información sobre el tipo de cosas que podemos hacer con el dispositivo. Para una computadora cuántica basada en circuito, el número relevante es cuántos qubits tolerantes a fallas tenemos. Luego podemos computar esto al número de qubit requerido para instancias determinadas de nuestro algoritmo favorito y ver qué significa eso en términos de factorización de números, etc.

Actualmente, el número de qubits tolerantes a fallas es cero. En cambio, estamos en una era de dispositivos prototipo ruidosos. Son para pruebas, y lo que es posible depende en gran medida de lo ruidosas que sean las puertas y la conectividad (con qué pares de qubits podemos hacer una puerta controlada). Si una compañía / laboratorio no le brinda información, no hay forma de comparar con lo que otras compañías / laboratorios están haciendo (y actualmente todos están a unas pocas órdenes de magnitud de tener suficientes qubits ruidosos para hacer un qubit verdaderamente tolerante a fallas) .

— James Wootton
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Diría que tienen sistemas físicos individuales (representados matemáticamente por un qubit) que se interconectan de alguna manera (por eso hablamos de conectividad). Los sistemas físicos pueden ser dos polarizaciones diferentes de un fotón, o como dos estados de un electrón ... Pero hay múltiples formas de tener tales sistemas.

Ahora la supremacía cuántica es una palabra realmente mala. Entonces, la idea es que el mayor número de qubits simulados en computadoras clásicas fue de alrededor de 50 qubits. Por lo tanto, tener una realización física con un tamaño superior se consideraría como una "esperanza" para las computadoras cuánticas para "vencer" a las clásicas.

Un buen video explicativo al respecto se puede encontrar aquí .

— canadá
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