À quoi sert l'informatique quantique?

La plupart d'entre nous sur ce site pensent que l'informatique quantique fonctionnera. Cependant, jouons l'avocat du diable. Imaginez que nous ayons soudain heurté une pierre d'achoppement fondamentale qui a empêché tout développement vers un ordinateur quantique universel. Peut-être que nous sommes limités à un dispositif NISQ (Noisy, Intermediate Scale Quantum) de 50-200 qubits, pour des raisons d'argument. L'étude de l'informatique quantique (expérimentale) s'arrête subitement et aucun progrès supplémentaire n'est réalisé.

Quel bien est déjà ressorti de l'étude des ordinateurs quantiques?

J'entends par là les technologies quantiques réalisables, le candidat le plus évident étant la distribution de clés quantiques, mais aussi les résultats techniques qui alimentent d'autres domaines. Plutôt qu'une simple liste d'articles, une brève description de chacun serait appréciée.

Il existe de nombreuses applications intéressantes qui utilisent une technologie similaire. De nombreux laboratoires qui travaillent à l'informatique quantique publient également des articles avec ces applications.

Voilà quelque:

Calcul tout optique. Personnellement, je pense que cela a plus de potentiel que l'informatique quantique, car il a déjà été démontré qu'il est utile pour traiter rapidement des réseaux de neurones (et d'autres algorithmes impliquant une multiplication matricielle et des fonctions non linéaires). Ces systèmes sur puce sont fabriqués dans les mêmes laboratoires (et mêmes personnes) que l'informatique quantique linéaire basée sur des mesures . Concevoir des systèmes capables de fonctionner plus vite que les vitesses d'horloge des semi-conducteurs, réduire la puissance minimale par opération en utilisant la lumière et augmenter la parallélisation nous mènera probablement très loin sans avoir besoin de changer les architectures algorithmiques.

Simulation quantique . Le rêve originel de Richard Feynman des "ordinateurs quantiques" est maintenant ce que l'on appelle des "simulateurs analogiques quantiques". La nature agit comme la nature. Il peut être difficile de calculer de manière analytique ou numérique le comportement d'un atome d'hydrogène, mais l'utilisation d'un système avec un hamiltonien similaire peut «faire le calcul pour vous». Des réseaux optiques (qui sont parfois utilisés pour le calcul quantique des ions ) peuvent être utilisés pour ces simulateurs quantiques. Il est très difficile de faire des calculs de molécules en utilisant la physique fondamentale et la chimie regorge d'heuristiques pour faire face à ces difficultés.

Reconstruction de l'état quantique . Un problème ouvert généralement non mentionné dans l'information quantique et l'informatique est de savoir comment reconstruire des états intriqués à qbit élevé. Même si l'informatique quantique ne fonctionne pas, les progrès réalisés dans ces questions ouvertes pourraient être utiles à l'avenir (pour, par exemple, les protocoles de distribution clés et la théorie de l'information).

Communication quantique. La distribution de clés quantiques est probablement la seule application pratique fonctionnelle créée à ce jour à partir des informations quantiques. Il permet de transférer des informations en toute sécurité sans possibilité d'écoute clandestine. Les opérations de porte photonique haute fidélité (créées pour les ordinateurs quantiques) pourraient permettre des répéteurs quantiques efficaces , ce qui pourrait étendre la distance maximale pouvant être parcourue.

Choses extra amusantes. Personnellement, je pense que la chose la plus intéressante est de savoir si le cerveau est un ordinateur quantique. La possibilité que le cerveau soit un ordinateur quantique a été attirée par de nombreux physiciens au cours de la dernière décennie, rejetant les températures élevées du cerveau pour détruire la cohérence, mais des physiciens très réputés (et louables) ont récemment contesté cette notion. L'un discutant de la façon dont les spins nucléaires pourraient être le médiateur de l'information quantique, un autre discutant de la façon dont des expériences pourraient être menées pour déterminer si les axones fonctionnent comme guides d'ondes.

Effectuer et vérifier des expériences de mécanique quantique de base Avant les ordinateurs de cloud quantique IBM et alibaba, vous auriez besoin d'un laboratoire coûteux pour faire des expériences CHSH ou GHZ simples. Bien sûr, les qubits de l'ordinateur IBM ne sont pas exempts de lacunes, mais de nombreux instituts et écoles supérieures ne pourraient pas acheter de meilleures installations d'expérimentation dans le cadre de leur budget de physique. Ainsi, les expériences de mécanique quantique de base peuvent être effectuées très facilement.

Outils et expériences de programmation quantique De plus, la recherche fondamentale en programmation d'outils informatiques quantiques comme les compilateurs et les algorithmes de cartographie peut désormais être testée sur de vraies machines

Cela a conduit à 113 articles avec des algorithmes quantiques réels et testés pour l'ordinateur ibm seul et bien d'autres en général. papiers qc

La réflexion sur les capacités théoriques des ordinateurs quantiques a conduit à d'importantes perspectives sur la théorie des ordinateurs classiques.

Un exemple est la preuve que la classe de complexité PP (classique) est fermée sous intersection. Alors qu'il existait déjà une preuve purement classique due à Beigel, Reingold et Spielman, il existe une preuve plus simple qui utilise des concepts de l'informatique quantique.

Un exemple plus impressionnant est les algorithmes de recommandation classiques ( 1 , 2 , 3 ) découverts par Ewin Tang et ses collaborateurs, qui ont été inspirés par l'algorithme quantique Kerendis-Prakash. Ces algorithmes étaient véritablement nouveaux et n'auraient pas pu être découverts sans l'inspiration de l'algorithme quantique.

L'exécution d'un périphérique NISQ d'une manière qui surpasse asymptotiquement un ordinateur classique invalide la thèse de Church-Turing étendue (ECT).

Tomes volumineux écrits sur la thèse Church-Turing (non étendue), avec des implications pour des branches de la philosophie telles que la philosophie de l'esprit.

Le fait que l'ECT ​​soit non seulement falsifiable mais aussi probablement faux simplement en raison de l'existence d'un dispositif NISQ préparant de manière fiable un état fortement enchevêtré dans une dimension suffisamment élevée, je pense que cela a également des implications philosophiques assez profondes.

Il est rare que des principes philosophiques directeurs puissent être falsifiés dans un laboratoire.