¿Por qué es difícil entender la computación cuántica?

Answer 1

En comparación con otros temas que tienen una reputación difícil, ¡la computación cuántica NO es tan difícil de entender! Particularmente si te sientes cómodo con la matemática de nivel universitario y / o la programación de computadora clásica. Por ejemplo, supongo que la computación cuántica es varios órdenes de magnitud más fáciles de entender que la teoría de cuerdas.

Sin embargo, puedo nombrar varios factores que han dado a la computación cuántica una REPUTACIÓN por ser difícil:

1) Los laicos y los periodistas siempre quieren un “modelo mecánico simple” para saber cómo funcionaría un CC: en otras palabras, un modelo que lo hace parecer no diferente a una computadora CLÁSICA (posiblemente paralela). Sin embargo, como dijo Richard Feynman cuando un periodista le pidió que explicara en una oración por qué ganó el Premio Nobel por: “señora, si yo pudiera hacer eso, no habría valido un Premio Nobel”. De la misma manera, si la computación cuántica fuera TAN similar a las formas de cómputo que la gente ya entendía, ¡en primer lugar no habría generado tanta emoción!

2) Para entender la computación cuántica, primero debe comprender lo que dice la mecánica cuántica acerca de cómo funciona el mundo, y QM es uno de los temas más popularizados en la historia de la ciencia. No es suficiente conocer varios eslóganes (generalmente con fecha), como “la luz es tanto una onda como una partícula”, “no se puede saber la posición y el impulso”, etc. En cambio, diría que está listo para la cuántica calcule una vez que comprende las siguientes oraciones: “El estado del universo es un vector de números complejos llamados amplitudes. El vector evoluciona a través de transformaciones unitarias. Los valores cuadrados absolutos de las amplitudes le brindan las probabilidades de resultados de medición”.

3) Muchas personas cometen un extraño error doble: sobrestiman enormemente la cantidad de física que necesitan saber para comprender el control de calidad, al tiempo que subestiman la cantidad de informática que necesitan saber. La verdad es que, si bien TIENE que conocer las extrañas reglas de la mecánica cuántica (vea el punto 2), no necesita conocer los detalles de espín, niveles de energía, hamiltonianos, bosones y fermiones, operadores de Pauli, etc. ( aunque esas son todas grandes cosas para aprender después. Por el contrario, los siguientes temas, si bien son estrictamente “clásicos”, mejorarán drásticamente su comprensión del control de calidad si los aprende primero: los conceptos de algoritmos de tiempo polinómico y tiempo exponencial, P frente a NP, NP completo (y por qué la factorización es probablemente NO NP-completa), algoritmos aleatorios, las tesis de Church-Turing y Extended Church-Turing, conjuntos de puertas universales, el argumento de Shannon sobre el conteo.

Lectura sugerida:

Mi artículo científico americano sobre computación cuántica
Mi artículo del New York Times
Ensayo de Lance Fortnow: una de las mejores explicaciones de la computación cuántica para personas de CS
Ensayo de Michael Nielsen, que hace el mismo punto que hice en 1

Para más, podría sugerir humildemente mi propio libro Quantum Computing Since Democritus. 🙂

Answer 2

No es tan difícil entender los conceptos básicos de la computación cuántica, se han creado muchas exageraciones que lo hacen parecer mucho más místico y difícil de lo que realmente es, los fenómenos cuánticos no son una violación de los fenómenos clásicos, de hecho la mecánica clásica es un caso limitante de la mecánica cuántica, que es fundamental, pero los fenómenos cuánticos tienen una interpretación incompleta, como cuando hablamos de la naturaleza dual de las partículas subatómicas, cuando hablamos de una partícula, todo lo que pensamos es una bola de billar rígida y sólida, y cuando se habla de una onda, generalmente tendemos a pensar que las partículas subatómicas siguen la curva de una onda sinusoidal o coseno. Sin embargo, las entidades cuánticas de alguna manera se comportan como partículas y de cierta manera se comportan como ondas, pero en realidad tienen su propia forma única, que no es ni partícula ni onda.
De hecho, es paradójico, poco intuitivo y radicalmente extraño. Permítanme mencionar algunas características extrañas que hacen que la computación Quantum sea un poco diferente y difícil de entender.

1. El conocimiento completo del estado de un sistema está prohibido, la medición solo revela una pequeña cantidad de información.
2. ¡Estas partículas son tan pequeñas que no puedes medirlas sin molestarlas! (¡joda!)
   El acto de medir una partícula perturba fundamentalmente su estado.
3. Las entidades cuánticas, a diferencia de sus contrapartes clásicas, no tienen ninguna trayectoria. Podemos medir una partícula en la posición X y luego en la posición Y, pero no podemos decir nada sobre el camino que tomó para pasar de X a Y.
4. La mecánica cuántica es intrínsecamente probabilística, para decirlo en términos simples, digamos, si preparamos dos registros cuánticos idénticos | a> y | a>, y luego los medimos, los resultados pueden ser diferentes, esto también implica que las puertas lógicas cuánticas son reversible, a diferencia de sus contrapartes clásicas.

Para obtener un buen dominio de los principios de la computación cuántica elemental, uno debe tener un buen dominio del Álgebra Lineal, lo ayudará a comprender los conceptos básicos de los algoritmos cuánticos (el algoritmo de Grover, Prime Factoring Algo de Shor).

Answer 3

Increíble respuesta Scott Aaronson, gracias por los enlaces, ya que no había leído tus cosas antes. Me gustaría ofrecer una visión complementaria esperanzada que encontré útil si pudiera. Encontré que esta conferencia del científico de inicio de Dwave, Eric Ladzinsky, también fue instructiva.

Él es de la compañía de inicio Dwave . Realmente son una startup de I + D altamente financiada, pero su plan es hacer una versión comercial de su computadora. Han entregado dos prototipos, uno a Google.

La conferencia se dio en Google cuando entregaron el prototipo:
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Esta es una de las mejores descripciones simples en inglés de la mecánica cuántica y cómo funciona su computadora cuántica que he escuchado.

Hay más información sobre la empresa Quantum Computer DWave – enlace aquí: Inicio.

Esto no es Crowdfunding como lo analizo en mi blog en: http://www.systemdmfg.com/about/ , pero en mi opinión, podrían participar en un proyecto de investigación o un producto y sería fantástico que otros físicos se involucraran. . Su modelo de investigación, sin embargo, utiliza métodos magros para mejorar continuamente su producto. A pesar de que el modelo de negocio está lejos de ser delgado, la compañía utiliza procesos de desarrollo lean para iterar esta increíble computadora. Las iteraciones rápidas y el aprendizaje de un modelo a otro es fundamental para la forma en que operan sus equipos de investigación. Básicamente, utilizan los procesos de fabricación menos eficientes del mundo para agregar lentamente capacidad a los procesadores. Dependen del principio fundamental del crecimiento exponencial en el cálculo de la potencia, ya que los nodos se añaden de forma dolorosa y lenta a su procesador.

Answer 4

Creo que la respuesta está en el hecho de que a las personas les resulta difícil la mecánica cuántica y luego interpolan su experiencia en cualquier tema que comience con la palabra Quantum .

Lo más importante es que la respuesta depende de a quién le resulte difícil: un estudiante promedio de física o un lego.

Para un lego, se entiende bien, QM es contrario a la intuición, no importa lo que diga un físico. Para obtener una idea de trabajo de control de calidad, es necesario tener una comprensión básica del entrelazamiento, el colapso de la función de onda y el qubit. Ninguno de estos conceptos tiene un análogo físico, lo que se suma al hecho de que un entendimiento laico de la probabilidad es ligeramente diferente de lo que usamos en la ciencia.

En mi experiencia personal, he descubierto que es mucho más fácil para las personas comprender el hecho de que el reloj en movimiento funciona con lentitud en comparación con la dualidad de la onda de la digestión.

Para un estudiante de física, la respuesta es principalmente porque sus conceptos cuánticos no son claros.

Créeme, si puedo entenderlo, cualquier persona con un poco de motivación puede. ¡No es la teoría de cuerdas!

Answer 5

La computación cuántica no requiere una comprensión profunda de la mecánica cuántica. Solo se está acostumbrando a él hasta que domines el concepto y seas hábil con los cálculos. Es la aplicación lo que importa. La gente está utilizando la computación cuántica para resolver problemas clásicos, lo que no debería ser el caso. Más bien, la computación cuántica se debe utilizar para resolver problemas cuánticos.

Answer 6

Por supuesto, el término (definición) de computación en sí mismo se explicará en función de los tipos de problemas de variedad. La física cuántica es una teoría que plantea problemas que tal vez no solo entendamos al respecto