それは、量子コンピューターの作成方法（およびその動作方法）が正確にわからないのか、理論的に作成する方法を知っているが、実際にそれを実行するツールがないためでしょうか？上記の2つの組み合わせですか？他の理由は？

理論的には、量子コンピューターの構築方法を正確に知っています。しかし、それは本質的に古典的なコンピューターを構築するよりも困難です。

古典的なコンピューターでは、ビットをエンコードするために単一の粒子を使用する必要はありません。代わりに、10億個未満の電子は0であり、それ以上は1であると言って、たとえば20億個の電子が通常1をエンコードすることを目指します。これにより、本質的にフォールトトレラントになります。数億の電子が予想よりも多いまたは少ない場合でも、デジタル0または1として正しい分類を取得できます。

量子コンピューターでは、非クローン定理によりこのトリックは不可能です。キュービット（量子ビット）をエンコードするために複数の粒子を簡単に使用することはできません。代わりに、すべてのゲートを適切に動作させて、単一粒子レベルに対して正確であるだけでなく、単一粒子に作用する量のごく一部（いわゆる量子誤差補正しきい値）まで正確にする必要があります。これは、数億個の電子の範囲内でのみゲートを正確にするよりもはるかに困難です。

一方、私たちには、必要なレベルの精度で量子コンピューターを作成するツールがあります。しかし、現在のところ、大きなものを作ることはできませんでした特定の問題における古典的なコンピューター（量子優位性）。

理論と実装の両方で、量子コンピューターの構築をはるかに困難にする多くの理由があります。

最も単純なのはこれかもしれません。古典的な振る舞いを示すマシンを構築するのは簡単ですが、量子挙動のデモンストレーションには、本当に冷たく、本当に正確に制御されたマシンが必要です。量子レジームの熱力学的条件にアクセスするのは困難です。最終的に量子システムを実現するとき、それをデコヒーリングして再び古典的なものにしようとする環境から隔離することは困難です。

スケーラビリティは大きな問題です。コンピューターが大きくなればなるほど、量子を維持することは難しくなります。エンタングルメントのような量子コンピューターを本当に強力にすることを約束する現象は、量子ビットが互いに制御された方法で相互作用できることを必要とします。この制御を可能にするアーキテクチャは、設計が難しく、拡張が困難です。誰もデザインに同意していません！

@pyramidsが指摘しているように、古典的なマシンでエラーを修正するために使用する戦略には、通常、情報のクローニングが含まれますが、これは量子情報理論によって禁止されています。巧妙な量子的な方法でエラーを緩和するための戦略がいくつかありますが、量子ビットはすでにかなりノイズフリーであり、多くのエラーがあることが必要です。ある程度のしきい値を超えてエンジニアリングを改善できない場合、これらの戦略を採用することはできません-それらは事態を悪化させます！

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1つの重要な点は、量子コンピューターには古典的なコンピューターが含まれているということです。したがって、量子コンピューターを構築することは、古典的なコンピューターであるのと少なくとも同じくらい難しいはずです。

具体的な例として、ユニバーサルゲートセットについて考える価値があります。古典的な計算では、単一のタイプのゲートを組み合わせて、必要な回路を作成できます。多くの場合、人々はNANDゲートについて話しますが、この議論のために、トフォリゲート（制御制御非ゲートとも呼ばれる）について話す方が簡単です。すべての古典的な（リバーシブル）回路は、Toffolisの全体の観点から記述できます。任意の量子計算は、トフォリとアダマールという2種類のゲートの組み合わせとして記述できます。

これはすぐに影響を及ぼします。明らかに、古典物理学には存在しない2つの異なることを求めている場合、それは古典物理学に存在するものを1つだけ作るよりも難しくなければなりません。さらに、アダマールを利用するということは、考慮しなければならない可能性のある状態のセットが直交しなくなっていることを意味するため、単純に状態を見て進め方を決定することはできません。これは、結果として実装が難しくなるため、特にToffoliに関連しています。以前は、さまざまな入力を安全に測定し、それらの値に応じて、出力に対して何かを行うことができました。ただし、入力が直交していない場合（または直交している場合でも、未知の根拠に基づいて！）、状態を破壊するため、測定するリスクはありません。具体的には、

1996年、David DiVincenzoは、量子コンピューターを構築するための5つの重要な基準を挙げました。

1. 量子コンピューターはスケーラブルでなければならず、
2. 量子ビットを初期化することが可能でなければならない、
3. 良い量子ビットが必要であり、量子状態を失うことはできません。
4. 量子ゲートの普遍的なセットが必要です。
5. すべてのキュービットを測定できる必要があります。

2つの追加基準：

6. 静止キュービットと飛行キュービットを相互変換する機能、
7. 離れた場所間で飛行キュービットを送信する機能。

長い説明

私は、クローンなしの定理が繰り返しコードによるエラー修正を困難にするという考えに反対しなければなりません。入力が計算ベースで提供される場合（つまり、入力は任意の重ね合わせではないため、ほとんどの場合、特にSchorのアルゴリズムなどの古典的な問題を解く場合）、control-Notゲートでクローンを作成できます。すべてのコピーで計算を並行して実行し、エラーを修正します。唯一のコツは、エラー訂正中にシンドロームの可能性を除いて測定を行わないことを確認することです。これを行うには、量子ゲートを使用し続けるだけです。

量子コンピューターのエラー修正は、従来のコンピューターよりも難しくありません。直線性は、知覚される困難のほとんどを占めます。

また、繰り返しコードよりもはるかに効率的な量子エラー訂正のスキームがあることに言及したいと思います。また、残りを生成するために2つのpauli行列が必要であるため、非効率的で概念的に単純な繰り返しコードルート（ビットフリップ用と位相フリップ用）を使用する場合は、2種類の繰り返しコードが必要です。 。

量子エラー訂正は、従来の場合と同様に、論理キュービットあたりの物理キュービット数の線形増加がエラー率を指数関数的に改善することを示しています。

それでも、100物理キュービットに近いところはありません。これが本当の問題です。これが問題になる前に、より正確な準正確なキュービットを結合する必要があります。

究極のブラックボックス

量子コンピューターは、定義上、究極のブラックボックスです。入力をフィードすると、出力を生成するプロセスが得られます。

ブラックボックスを開こうとすると、プロセスは実行されません。

どんなエンジニアでも、設計プロセスを妨げるだろうとあなたに言うでしょう。最小の設計上の欠陥でさえ、追跡するのに数ヶ月の試行錯誤が必要です。