量子コンピュータはどのようにして「量子ノイズ」を防ぐのですか?


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ShorのアルゴリズムのWikipediaページには、Shorのアルゴリズムは現在、RSAサイズの数値を因数分解するために使用することは不可能であると記載されています。最近の量子コンピューターは、このノイズによる計算への干渉をどのように防止しますか?彼らはそれをまったく防ぐことができますか?


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詳細は広すぎると思いますが、この質問はあまり詳細を求めていません。短い要約は私には適切な答えのようです。
peterh-モニカを復活させる

回答:


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量子コンピュータで量子ノイズを防ぐにはどうすればよいですか?

ええと、技術的には(少なくともほとんどのシステムでは)答えは途方もなく低温(空間よりもはるかに低温)であり、ノイズ(電波など電話信号または光、磁場など)として、システムと相互作用する可能性のあるチップ上の粒子を除去するためにあらゆることを行い、システムへの接続(ケーブル、光ファイバーなど)環境(制御ラインと読み出しライン)は、ノイズをできるだけ少なくします。

しかし、それは関連するShorを実行するには十分ではありません。他に何ができるかを理解するために、理解しましょう:

量子ノイズとは何ですか?

ノイズはすべてのシステムに存在します-それであなたの古典的なコンピュータもそうです。しかし、古典的なコンピュータでは、これは1つの方法でのみ現れる可能性があります。一方の状態(たとえば1)にあるはずのビットが、他方の状態(たとえば0)であることがわかります。これは非常に簡単に修正できます。計算を数回並行して実行し、そのうちの1つがオフになっていないかを時々確認し、エラーを修正します(過半数が正しいと仮定)*。ですから、もちろんノイズの防止に努めていますが、さらに重要なことに、それを修正しています!

量子ノイズははるかに複雑であることがわかります。どうして?量子ビット(qubit)の状態は、球(一般にブロッホ球と呼ばれます)上の点として説明できます。これで、ノイズはこのポイントを球に沿ったどこかに移動できます(実際には球を小さくすることができます)。しかし、従来のコンピュータで使用していたのと同じエラー修正を適用できますか?番号!量子コンピューティングのトリッキーな部分は、球体上のポイントを選択し、それがどちらに近いかを知ることができることです*。また、キュービットの状態をその値に投影します。つまり、以前の値に関係なく、値は実際に測定した値になります。クレイジーでしょ?まあそれは量子力学ですええと したがって、以前のように実行している間、単純に計算を比較することはできません。これは、計算を破壊するためです。

救助への量子誤り訂正?

まあ、それは量子エラー訂正が実際にはいくつかのトリックを通じて可能であることがわかりました(ここでは説明するのが難しいので、気分のためだけに:代わりに少し異なる方法で測定し、天気を測定することができます2つのキュービットはいくつかの点で同じかどうかです。繰り返しますが、同じであると測定した場合、それらを同じであると予測しましたが、修正できない場合があります。重要なフレーズはいくつかの点であるので、いくつかのタイプでこれを行う必要があります発生する可能性のあるエラーの後に、実際にキュービットに何が起こったかを解明しようとします)。ただし、これを機能させるには、最初からノイズがほとんどない量子コンピューターが必要です(「なぜエラー訂正プロトコルが機能するのは、そもそもエラー率がすでにかなり低い場合だけなのですか?")は、互いに話す(結合する)ことができ、通常は十分に制御できます。現時点では、これらすべての要件を一度に十分に満たすことはできません(個別に異なるシステムで個別に達成されています)。


*まあそれは正確にそれがどのように機能するかではなく、大まかにです。


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量子計算におけるノイズ(および実際のエラーの原因)に対する答えは、量子エラー修正です。離散化エラーが無効なエンコーディングに対応するだけでなく、発生したエラーの種類を一意に決定するようなエンコーディングを選択します。これはすべてのエラーで可能ではありませんが、合理的なエラーモデル(単一のキュービットエラーは2つのキュービットエラーよりもはるかに可能性が高く、3つのキュービットエラーよりも可能性が高いなど)では、ノイズやその他の場合エラーの原因が特定のしきい値を下回っている場合は、任意に大きくて長い計算を有効にすることができます。

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