Czy komputer kwantowy jest analogowy?

Kilkadziesiąt lat temu mieliśmy komputery analogowe. Współczesne komputery są cyfrowe. Co z komputerami kwantowymi? Czy to jest analogowy czy cyfrowy? Pytam o to, ponieważ qubit może być jednocześnie wieloma rzeczami.

Nie, komputery kwantowe to nie to samo co komputery analogowe (przynajmniej w zasadzie).

Komputery analogowe symulują problem (matematyczny), który należy rozwiązać, budując system fizyczny, który przestrzega tych samych ograniczeń / praw, co problem matematyczny. Odpowiedzi uzyskuje się przez obserwację i pomiar zachowania symulacji fizycznej. Jego dokładność polega na symulacji (mogą występować efekty pasożytnicze), dokładności warunków początkowych, w szczególności ustawianiu parametrów problemu i pomiaru wyniku.

Dokładność może być również ograniczona skalą zakresu zastosowania zjawisk wykorzystywanych do symulacji. Na przykład, jeśli odpowiedź jest podana przez poziom wody w jakimś pojemniku, możesz być ograniczony efektami kapilarności (które można do pewnego stopnia uwzględnić) oraz faktem, że pomiar poziomu wody z większą dokładnością niż średnica cząsteczka może być mało znacząca.

Kiedyś myślałem, że główna różnica polega na tym, że obliczenia analogowe są w zasadzie oparte na symulacji ciągłych praw, obejmujących rzeczywiste, podczas gdy obliczenia cyfrowe działają wyłącznie na policzalnych zestawach. Jednak w świetle aktualnej wiedzy z zakresu teorii obliczeń to rozróżnienie jest prawdopodobnie naiwne, ponieważ podejrzewam, że fizykę można również sformalizować, używając tylko obliczalnych liczb rzeczywistych , których jest tylko policzalna liczba.

Obliczenia kwantowe pozwalają głównie na wykonywanie kilku obliczeń cyfrowych równolegle (w uproszczeniu). Jest zawsze skończonym iloczynem krzyżowym kilku obliczeń i dlatego pozostaje w policzalnej sferze. Możesz myśleć o tym jak o konstrukcji automatu, która symuluje dwa lub więcej obliczeń prostszych automatów (chociaż jest to mniej ogólne niż to, co rozumiem). Te skończone konstrukcje produktów krzyżowych nigdy nie opuszczają policzalnej sfery.

Zasadniczo obliczenia kwantowe uważa się za obliczenia cyfrowe, jednak istnieje wariant komputera kwantowego zwany „komputerem kwantowym o ciągłej zmiennej” lub CVQC, który można uznać za komputer analogowy. Uważam, że są one przede wszystkim stosowane w symulacji kwantowej, ale nie są czymś, co studiowałem, więc nie wiem o nich więcej niż akronim.

To powiedziawszy, są „cyfrowe” komputery kwantowe, które wydają się bardzo analogowe. Załóżmy na przykład, że zaczynasz od rejestru kwantowego w stanie podstawowym, a następnie ewoluujesz w sposób jednolity i ostatecznie mierzysz stan.

W pewnym sensie zacząłeś od zerowanej tablicy klasycznych bitów, a skończyłeś tablicą klasycznych bitów, które były wynikiem obliczeń, ale jednolite ewolucje pomiędzy nimi wydają się bardzo analogiczne. Muszą być modelowane za pomocą złożonych macierzy, a stany wynikające z transformacji jednostkowych mają rzeczywiste amplitudy itp. Ale ponieważ wynik jest wyraźnie cyfrowy, uważamy to za obliczenie cyfrowe.

Gdybyśmy mogli „zmierzyć” spin elektronu na osi (na przykład) i uzyskać dowolną rzeczywistą wartość, wówczas obliczenia kwantowe byłyby analogiczne ... Ale wtedy żylibyśmy w innym wszechświecie, z jeszcze dziwniejszą fizyką: P

Podczas gdy większość schematów tworzenia komputerów kwantowych obejmuje techniki cyfrowe, w rzeczywistości istnieją pewne urządzenia analogowe zwane adiabatycznymi komputerami kwantowymi (AQC). Zobacz Przejście na technologię cyfrową może sprawić, że analogowy komputer kwantowy będzie skalowalny | Ars Technica po więcej szczegółów.

Zobacz także Colloquium: Wyżarzanie kwantowe i analogowe obliczenia kwantowe

Wydaje mi się, że rozumiem podstawę twojego pytania: informacje zakodowane w jednym bicie w zwykłym nowoczesnym komputerze można opisać dwiema (binarnymi) wartościami, zwykle zapisywanymi jako 0 lub 1 lub (lepiej w danym punkcie) jako +1 lub -1. Jeśli jednak chcesz, możesz to przedstawić graficznie jako coś znajdującego się na biegunie północnym lub południowym sfery podobnej do Ziemi. Byłby to niepotrzebnie skomplikowany sposób przedstawienia, w jaki sposób bit zawiera informacje, ale jest to zgodne z prawem. Czy nawigatorzy zadaliby sobie trud korzystania z analogowej kuli ziemskiej, gdyby istniały tylko na dwóch biegunach?

Informacje zakodowane w komputerze kwantowym nie mogą być zapisane jako +1 lub -1, zasadniczo dlatego, że informacje zakodowane w kubicie (odpowiednik bitu kwantowo-komputerowego) mogą mieć dowolną wartość między +1 a -1. Jednym ze sposobów przedstawienia tego jest sfera, która podobnie jak kula ziemska ma analogiczne oznaczenia szerokości i długości geograficznej.

Taką kulą może być kula Blocha, kula jednostkowa zapożyczona z solidnej sferycznej geometrii i trygonometrii. Możemy nadać takiej kuli linie szerokości i długości geograficznej. Złą nowością jest to, że kodowanie punktu między biegunami pociąga za sobą mniej znane liczby wyzwalające i liczby zespolone. Dobrą wiadomością jest to, że każdy taki punkt może być wyraźnie oceniony, w tym w celu opisania informacji zakodowanych w kubicie. Tak, w rzeczywistości ta kula Blocha przypomina oczywiście globus analogowy! W tym sensie zgadzam się; komputery kwantowe można uznać za oparte na analogowych narzędziach matematycznych.