Was ist das Argument, dass praktische Quantencomputer nicht gebaut werden können?

Eine Antwort auf eine andere Frage erwähnt dies

Es gibt Argumente , die darauf hindeuten, dass solche Maschinen ["Quanten-Turing-Maschinen"] nicht einmal gebaut werden können ...

Ich bin mir nicht sicher, ob ich das Problem vollständig verstehe. Vielleicht stelle ich nicht die richtige Frage, aber hier ist, was ich sammeln könnte.

Die Folien werden in einem Vortrag (ab 2013) von Professor Gil Kalai (Hebräische Universität Jerusalem und Yale University) vorgestellt. Ich habe den größten Teil der Vorlesung gesehen, und es scheint, dass seine Behauptung darin besteht, dass es eine Barriere für die Erstellung fehlertoleranter Quantencomputer (FTCQ) gibt. Diese Barriere besteht wahrscheinlich darin, logische Qubits aus physikalischen Komponenten zu erstellen. (Zeitstempel 26:20):

Es klingt so, als ob der Grund für eine solche Barriere das Problem des Rauschens und der Fehlerkorrektur ist. Und obwohl die aktuelle Forschung das Rauschen berücksichtigt, geschieht dies nicht in der richtigen Weise (dies ist der Teil, den ich nicht verstehe).

Ich weiß, dass viele Leute (z. B. Scott Aaronson) dieser Behauptung der Unmöglichkeit skeptisch gegenüberstehen, aber ich versuche nur, das Argument besser zu verstehen:

Was ist der Grund für die Annahme, dass praktische Quantencomputer nicht gebaut werden können (wie von Professor Gil Kalai vorgestellt und hat sich seit 2013 etwas geändert)?

Wenn Sie Gil Kalais Argumente verstehen möchten, empfehle ich den folgenden Blog-Beitrag: Mein Argument gegen Quantencomputer: Ein Interview mit Katia Moskvitch im Quanta Magazine (und den darin enthaltenen Links).

Zum guten Teil würde ich auch Perpetual Motion of The 21st Century? (vor allem die Kommentare). Sie können die Highlights auch in Meine Quantendebatte mit Aram Harrow sehen: Zeitleiste, Nicht-technische Highlights und Rückblenden I und Meine Quantendebatte mit Aram II . Schließlich, wenn Sie es noch nicht getan haben, sehen Sie Scott Aaronsons Ob Gott Würfel spielt oder nicht, das tue ich .

Zunächst eine kurze Zusammenfassung von Kalais Sichtweise aus seinem Notices-Artikel (siehe auch The Quantum Computer Puzzle @ Notices of the AMS ):

Um Quantencomputer in Gegenwart von Rauschen zu verstehen, muss das Verhalten in verschiedenen Maßstäben berücksichtigt werden. Im kleinen Maßstab eignen sich Standardmodelle für Rauschen ab Mitte der 90er Jahre, und die von ihnen beschriebenen Quantenentwicklungen und -zustände weisen eine sehr geringe Rechenleistung auf. Dieses kleinräumige Verhalten hat weitreichende Konsequenzen für das Verhalten von verrauschten Quantensystemen in größerem Maßstab. Einerseits können die Ausgangspunkte für die Quantenfehlertoleranz und die Quantenüberlegenheit nicht erreicht werden, was beide auf allen Ebenen unmöglich macht. Andererseits führt es zu neuartigen impliziten Methoden zur Modellierung von Rauschen in größeren Maßstäben und zu verschiedenen Vorhersagen über das Verhalten von verrauschten Quantensystemen.

Zweitens ein aktuelles Argument dafür, warum er eine klassische Fehlerkorrektur für möglich hält, eine Quantenfehlerkorrektur jedoch nicht.

Im Gegensatz zu dem Wiederholungs- / Mehrheits-Mechanismus, der von einer sehr primitiven Rechenleistung unterstützt wird, ist es unwahrscheinlich, dass die Erzeugung eines Quantenfehlerkorrekturcodes und die einfachere Aufgabe, die Quantenüberlegenheit zu demonstrieren, von Geräten erreicht werden, die in Bezug auf die Rechenkomplexität sehr niedrig sind.

(In dem oben erwähnten Gespräch mit Aram Harrow wird darauf hingewiesen, dass selbst eine klassische Fehlerkorrektur nicht möglich wäre, wenn man Kalais ursprüngliche Argumente direkt heranziehen würde.)

In der Post argumentiert Kalai weiter, dass ein primitiver Quantencomputer keine Fehlerkorrektur durchführen könne.

F: Aber warum kann man nicht einfach gut genug Qubits erzeugen, um universelle Quantenschaltungen mit 50 Qubits zu ermöglichen?

A: Dies ermöglicht es sehr primitiven Geräten (im Hinblick auf das asymptotische Verhalten der Rechenkomplexität), überlegene Berechnungen durchzuführen.

Kalai hielt auch einen Vortrag ( YouTube ) darüber, warum topologisches Quantencomputing nicht funktionieren würde.

F: "Was ist der Grund für die Annahme, dass praktische Quantencomputer nicht gebaut werden können ( wie von Professor Gil Kalai dargestellt)? und hat sich seit 2013 etwas geändert)?"

In einem Interview mit dem Titel " Perpetual Motion of The 21st Century? " Erklärt Prof. Kalai:

"Für Quantensysteme gibt es spezielle Hindernisse, wie die Unfähigkeit, genaue Kopien von Quantenzuständen im Allgemeinen anzufertigen. Dennoch wurde ein Großteil der Theorie der Fehlerkorrektur übernommen, und der berühmte Schwellenwertsatz zeigt, dass fehlertolerante Quantenberechnung (FTQC) ist möglich, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Die am stärksten hervorgehobene Bedingung legt eine Schwelle für die absolute Fehlerrate fest, eine, die um Größenordnungen strenger ist als das, was die aktuelle Technologie erreicht, aber erreichbar. Hier wird jedoch die Frage aufgeworfen, ob Die Fehler haben eine ausreichende Unabhängigkeit, damit diese Systeme funktionieren oder die Korrelationen auf das beschränkt sind, was sie handhaben können. "

In einem früheren Artikel mit dem Titel " Quantencomputer: Rauschausbreitung und konträre Rauschmodelle " heißt es:

Seite 2: "Die Machbarkeit von rechnerisch überlegenen Quantencomputern ist eines der faszinierendsten wissenschaftlichen Probleme unserer Zeit. Das Hauptanliegen in Bezug auf die Machbarkeit von Quantencomputern ist, dass Quantensysteme von Natur aus verrauscht sind. Die Theorie der Quantenfehlerkorrektur und fehlertoleranten Quanten Die Berechnung (FTQC) bietet eine starke Unterstützung für die Möglichkeit, Quantencomputer zu bauen. In diesem Artikel werden widersprüchliche Rauschmodelle erörtert, bei denen die Quantenberechnung fehlschlagen kann. Dieser Artikel enthält eine Kritik der Quantenfehlerkorrektur und der Skepsis hinsichtlich der Machbarkeit von Quantencomputern. "

Seite 19: "Das Hauptproblem besteht daher darin, die neuen (oder infinitesimalen) Rauschoperationen zu verstehen und zu beschreiben. Die hier betrachteten gegnerischen Modelle sollten als Modelle für neues Rauschen betrachtet werden. Aber das Verhalten von Akkumulationsfehlern in Quantenschaltungen, die eine Fehlerausbreitung ermöglichen ist eine Art "Vorbild" für unsere Modelle von frischem Lärm.

Das gemeinsame Bild von FTQC lautet:

• Fehlertoleranz wird funktionieren, wenn wir in der Lage sind, die neuen Gate / Qubit-Fehler unter einen bestimmten Schwellenwert zu reduzieren. In diesem Fall wird die Fehlerausbreitung unterdrückt.

Was wir vorschlagen, ist:

• Fehlertoleranz funktioniert nicht, da sich der Gesamtfehler wie akkumulierte Fehler für die Standardfehlerausbreitung verhält (für Schaltungen, die eine Fehlerausbreitung ermöglichen), jedoch nicht unbedingt aufgrund der Fehlerausbreitung.

Für eine geeignete Modellierung von verrauschten Quantencomputern sollten sich die neuen Fehler daher wie akkumulierte Fehler für die Standardfehlerausbreitung verhalten (für Schaltungen, die eine Fehlerausbreitung ermöglichen).

(Infolgedessen können wir letztendlich die Fehlerausbreitung nicht vermeiden.) ".

Seite 23: "Vermutung B: In einem verrauschten Quantencomputer wird die Fehlersynchronisation einen starken Effekt haben.

Wir sollten an dieser Stelle bereits informell erklären, warum diese Vermutungen, falls sie zutreffen, schädlich sind. Wir beginnen mit der Vermutung B. Die Zustände von Quantencomputern, die fehlerkorrigierende Codes anwenden, die für FTQC benötigt werden, sind stark verwickelt (durch eine formale Definition von „hoher Verwicklung“). Die Vermutung B impliziert, dass bei jedem Computerzyklus eine kleine, aber erhebliche Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Anzahl fehlerhafter Qubits viel größer als der Schwellenwert ist. Dies steht im Gegensatz zu den Standardannahmen, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Anzahl fehlerhafter Qubits viel größer als der Schwellenwert ist, exponentiell mit der Anzahl Qubits abnimmt. Eine geringe, aber erhebliche Wahrscheinlichkeit, dass eine große Anzahl von Qubits fehlerhaft ist, reicht aus, um die Quantenfehlerkorrekturcodes nicht zu erfüllen. "

Siehe auch seine Arbeit: " Wie Quantencomputer versagen: Quantencodes, Korrelationen in physikalischen Systemen und Rauschakkumulation ".

Viele Menschen sind krank, und vieles hat sich geändert. Siehe Wikipedia-Seite: " Quantum Threshold Theorem " oder " Experimental Quantum Computations on a Topological Encoded Qubit " Kohärenz und Verschränkung als metrologische Quantenressourcen ermöglichen es, die Messgenauigkeit von der Schrot- oder Quantengrenze bis zur Heisenberg-Grenze zu verbessern. " in ihrer Arbeit: " Quantenmetrologie mit einem transmonen Qutrit " unter Verwendung zusätzlicher Dimensionen.

Ich kann die Einzelheiten seiner Argumente nicht kommentieren, da ich nicht behaupte, sie vollständig zu verstehen. Aber im Allgemeinen müssen wir uns fragen, ob die Quantenmechanik für viele Qubitsysteme und Zustände, die tief im Hilbert-Raum liegen, weiterhin gültig ist.

In der Physik geht es darum, die Natur zu beobachten, Theorien aufzubauen, diese zu bestätigen und dann herauszufinden, wo sie zusammenbrechen. Dann beginnt der Zyklus erneut.

Wir hatten noch nie Quantensysteme, die so sauber, gut gesteuert und groß waren wie aktuelle Quantenprozessoren. Geräte, die in der Lage sind, "Überlegenheit" zu erlangen, übersteigen unsere derzeitigen experimentellen Erfahrungen noch weiter. Man muss sich also fragen, ob in dieser unwahrscheinlichen Ecke des QM möglicherweise alles kaputt geht. Vielleicht treten neue "Post-Quanten" -Effekte auf, die effektiv als nicht korrigierbare Formen von Rauschen wirken.

Natürlich glauben die meisten von uns nicht, dass es so sein wird. Und wir hoffen, dass dies nicht der Fall ist, oder es wird keine Quantencomputer geben. Trotzdem müssen wir offen sein für die Möglichkeit, dass wir falsch liegen.

Und die Minderheit, die denkt, dass Quantencomputer scheitern wird, sollte sich auch der Idee öffnen, dass sie falsch liegt. Es ist zu hoffen, dass sie nicht die neue Marke für "Bell-Verstoß-Leugner" werden.