量子コンピューターが通常のコンピューターよりも高速である理由と方法

私は現在、量子物理学に関する本（および多くのウィキペディア）を読んでいますが、量子コンピューターが現在のコンピューターよりも高速である方法をまだ理解していません。

量子コンピューターは、従来のコンピューターでは指数時間でしか解けない準指数時間の問題をどのように解決できますか？

量子コンピューター自体は高速ではありません。代わりに、異なる計算モデルがあります。このモデルには、特定の（すべてではない！）問題のアルゴリズムがあります。これは、可能な最速（または一部の問題では既知の最速）の古典的アルゴリズムよりも漸近的に高速です。

Scott AaronsonのThe Limits of Quantumを読むことをお勧めします。これは、量子コンピューターに期待できることを説明する短い人気記事です。

基本的な考え方は、量子デバイスが同時に複数の状態になる可能性があるということです。通常、パーティクルはスピンを同時に上下させることができます。これは重ね合わせと呼ばれます。n個の粒子を組み合わせると、状態を重ね合わせることができるものを作成できます。その後、たとえば、ボラン演算を重ね合わせた状態（または重ね合わせたシンボル）に拡張できれば、同時に複数の計算を実行できます。これには制約がありますが、一部のアルゴリズムを高速化できます。大きな物理的問題の1つは、より大きなシステムで重ね合わせを維持することが難しいことです。$2^n$

量子アルゴリズムが理論レベルと応用レベルの両方で「古典的な」アルゴリズムよりも高速になるかどうかは、最先端の研究の対象となる未解決の問題です。複雑性理論では、質問に反映されます。例えば、BQP =？Pつまり、量子コンピューティングの「P」クラスが古典的なP（多項式時間）クラスと同等であるかどうか、および他の多くの関連する未解決の問題があります。

非常に興味深く重要なデータポイントが1つあります。受賞歴のあるShorsアルゴリズムはP量子時間の数値を考慮しますが、P時間古典的因数分解アルゴリズムが存在するかどうかはまだわかりません。

過去数年間の新しい方向性は、断熱量子コンピューティングでの作業であり、qbit転送を含む他の標準的な方法よりも実装/エンジニアリングが簡単ですが、まだ実装が非常に困難です。

これまでに構築された唯一の量子コンピューターはDwaveシステムによるものであり、現在、その実際の量子効果とパフォーマンスに関する激しい科学的精査と論争の対象となっています。古典的なコードが完全に（人間/手）最適化されている場合、それは非常に高価であり、基本的にデスクトップコンピューターよりも優れています。しかし、これまでのところ、他の企業、政府、または大学の研究機関が、応用/技術/工学の進歩のレベルに近いところにいるとは思えません。

科学的な見通しは、現時点＆いくつかの科学の専門家/批評家で曇っている/懐疑論者例えばDyakonovは長い/ことを強く主張していると信じられてきたスケーラブルな QMのコンピュータがなり決して乗り越えられない技術的な問題および/または障壁による実体化しません。

量子パワーにも限界があるという証拠があります。

量子コンピューターでは、1キロビットのqbitに到達することさえ非常に困難です。しかし、彼らがそこに着くだけでも、それは非常に強力です。

16384 qbitsは、128時間ステップで128の空間次元を作成し、完全に網羅的な検索を行い、100時間ステップ100次元の確率ツリーを作成します!!! しかし、近い将来にそれ以上の量を期待しないでください。

量子システムは、環境の制約によって決定されるさまざまな確率で量子状態に存在するシステムです。量子コンピューターにnビット量子システムのすべての状態が含まれていると仮定すると、これらの状態の1つを抽出すると、システムは1つの状態に崩壊します。これは、O（1）を使用して反復なしでバケットを検索するハッシュ関数に似ています。2つのことが必要です。nビットシステムの量子ストレージと、必要な状態を崩壊させるハッシュのような関数です。制約は、nビットシステムを目的の状態に折りたたむためのさまざまなハッシュ関数の役割を果たします。

このように考えてください。個々のサブケースをすべて解決することで解決できる問題があります[例：試行分割による因数分解]。サブケースを次々に解決しなければならない場合、これらの問題の解決には長い時間がかかります。すべてのサブケースを並行して解決するのに十分なハードウェアを提供できれば、はるかに高速に解決できますが、問題の規模に応じて必要なハードウェアの量が増えるため、実用的ではありません。量子計算は、量子力学の状態の重ね合わせ機能を利用して、十分なハードウェアの提供をシミュレートします。つまり、重ね合わせの各状態は、サブケースの1つに対する「マシン」です。このシミュレーションはソフトウェアではなく、Nature自体によって行われることに注意してください。