量子コンピューティングは空のパイですか?


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コンピューターサイエンスの学位を取得しています。私はIT部門で働いており、長年にわたってそうしています。その時代、「古典的な」コンピューターは飛躍的に進歩しました。寝室の引き出しにはソックスの中にテラバイトのディスクドライブがあり、携帯電話には驚異的な処理能力があり、コンピューターは私たちの生活に革命をもたらしました。

しかし、私が知る限り、量子コンピューティングは何もしていません。さらに、そのようにとどまるように見えます。量子コンピューティングは今や40年の厚い終わりにあり、実際のコンピューティングは塵の中に残っています。ウィキペディアのタイムラインを参照し、並列加算器はどこにあるのか自問してくださいAtlasまたはMU5に相当するものはどこですか?マンチェスター大学に行きました。ウィキペディアのマンチェスターコンピューターの記事で歴史を見てください。量子コンピューターでも同様の進歩は見られません。反対に、彼らはまだ地面から降りていないようです。すぐにPC Worldで購入することはありません。

できるようになりますか?それはすべて誇大広告と熱い空気ですか?量子コンピューティングは空のパイですか?それはすべて、量子の鳴き声によってだまされやすい大衆に売り込まれたジャム・トゥ・モウ・ウーですか?そうでない場合は、なぜですか?

回答:


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量子コンピューティングは空のパイですか?

これまでのところ、このように見えています。私たちは過去30年にわたってこのパイに積極的に手を伸ばしてきましたが、あまり成功していません。現在、量子コンピューターはありますが、それらは私たちが望んでいたパイではありません。これは実際に問題を古典コンピューターよりも速く、またはエネルギー効率よく解決できる量子コンピューターです。

すぐにPC Worldで購入することはありません。

できるようになりますか?

将来を予測することはできませんが、今すぐに推測する必要がある場合は、「いいえ」と言います。量子コンピューティングが十分に役立つアプリケーションはまだありません。代わりに、非常に特別な計算が行われる少数の特別な研究所に量子コンピューターがあるかもしれません(オークリッジ国立研究所のTitanと呼ばれるスーパーコンピューターや、特別な実験が行われるサイクロトロン粒子加速器のような)。

それはすべて誇大広告と熱い空気ですか?

残念ながら、その大部分は誇大宣伝です。

しかし、量子化学におけるアプリケーションは、実際にゲームを変える可能性があります。医学や肥料の数千の候補分子で物理的に面倒な実験を行う代わりに、コンピューターで最適な分子を検索できます。分子は量子力学的に動作し、量子力学のシミュレーションは古典的なコンピューターでは効率的ではありませんが、量子コンピューターでは効率的です。GoogleのQCへの投資の多くは、化学アプリケーション向けです[ 1 ]。

それはすべて、量子の鳴き声によってだまされやすい大衆に売り込まれたジャム・トゥ・モウ・ウーですか?そうでない場合は、なぜですか?

その多くは、残念ながらです。

あなたは、おそらくマンチェスター大学のクラスで最も才能のある学生の一人だったでしょう。お気付きかもしれませんが、あなたはほんの数人であり、平凡な学生と準中学生しかいません。教授レベルでも同様の現象があります。多くの教授は、好評の助成金申請書を書くのは簡単でも「自然」でもないと思いますが、仕事を続け、博士号を確実にするために資金が必要です。学生は、科学的な会議を体験し、必要なソフトウェアにアクセスできることに飢えていません。

教授が次のようになると:

  • 資金調達を切望している、または

  • がんの子供の世話をしなければならないなど、人生の他の問題に追いついた、または

  • 一部の科学者が何百年も前にしたように、彼らの孫の孫のためにより良い世界を作るのではなく、生き残り、幸せな家族を保ち、自分の好きなことをすることに人生が大きくなるように、彼らは大きな科学的発見をしないことを認識しています。教授として、私は同僚の多くが一般大衆が科学者であるとしばしば感じるほど「貴族」ではないことをあなたに伝えることができます。

私は約1000人の人々が量子コンピューティングで働くための資金を持っていることを知っています。私たちのほとんどは、私たちの大学または政府を通じて利用可能な助成金を申請するだけであり、同じお金を競う他の科学者よりも私たちの仕事の重要性を誇張するつもりはありません(彼らの仕事のふりをする分子物理学者と競争しなければなりません彼らが取り組んでいる分子が私たちの大気中にあるという理由だけで気候変動を修正するために重要です。

量子コンピューティングに関する「誇大広告」の多くは、メディアから来ています。ジャーナリストは私の記事の内容をひねって目を引く見出しを作り、広告をクリックする回数を増やし、上司はこれを行うよう圧力をかけます。さもなければ、あまり気にしない他のインターンに仕事を失います。正直であることについて。

誇大広告の一部は科学者自身から来ています。多くの人は、量子コンピューティングは博士号を取得しているので革命的であると本当に信じています。監督者は優れた教育を受けていなかった(マンチェスター大学は世界でも最高の大学の1つであり、ほとんどの大学は近くさえないことを思い出してください)、またはまれに、資金調達を切望している人々からの誇大宣伝がありますが、理由はあまりありませんこれら以外。

肯定的な結果が保証されていない他の多くの研究分野に対してもそうであるように、一般の人々は量子コンピューティングに少し投資すべきだと思います。誇大宣伝は、ジャーナリスト、無知な科学者、または生存のために必要だと考える無知でない科学者によって誇張されることがよくあります。ジャーナリストや資金提供機関からの不当に厳しい批判もあります。

あなたの質問で言ったことは間違っていません。
それらが正しい理由について、いくつかの理由を示しました。


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私は中立的な観点からこれにアプローチしようとしています。あなたの質問は一種の「意見ベース」ですが、それでもなお、いくつかの重要なポイントがあります。理論的には、なぜ量子コンピューターが実際に実現できないのかについての説得力のある議論は(まだ)ありません。しかし、チェックアウトしてください:量子コンピューターの故障:量子コード、物理システムの相関、ノイズ蓄積-Gil Kalai、およびScott Aaronsonの関連ブログ投稿で、 Kalaiの主張に対する説得力のある議論を提供しています。また、関連するQCSEの投稿に対するJames Wottonの回答を読んでください。トポロジカル量子コンピューターに対するGil Kalaiの議論は正しいですか

Math Overflowには素晴らしい要約があります:量子コンピューティングに対する数学的な議論について

ただし、もちろん、エンジニアリング上の問題があります。

問題(arXiv:cs / 0602096から適応):

  • 環境との相互作用に対する感度:相互作用(または測定)は状態関数の崩壊につながるため、量子コンピューターは周囲との相互作用に対して非常に敏感です。この現象はデコヒーレンスと呼ばれます。量子システム、特に計算用に設計されたものを環境に巻き込まずに分離することは非常に困難です。量子ビットの数が多いほど、コヒーレンスを維持することが難しくなります。

    [さらに読む:ウィキペディア:量子デコヒーレンス ]

  • 信頼性の低い量子ゲートアクション:量子ビットの量子計算は、小さなゲートを使用して原則的に実装される一連の変換を操作することで行われます。これらの変換で位相エラーが発生しないことが不可欠です。しかし、実用的なスキームでは、このようなエラーが発生する可能性があります。計算が開始される前であっても、量子レジスタがすでに環境に絡まっている可能性もあります。さらに、初期段階の不確実性により、回転操作による較正が不十分になります。さらに、マトリックス変換を実装する従来のコントロールでは、相対的な精度不足を考慮する必要があります。この精度の欠如は、量子アルゴリズムによって完全に補償することはできません。

  • エラーとその修正:従来の エラー修正は冗長性を採用しています。最も簡単な方法は、情報を複数回保存することです。これらのコピーが後で不一致であることが判明した場合は、多数決を行うだけです。たとえば、ビットを3回コピーするとします。さらに、ノイズの多いエラーによって3ビット状態が破損し、1ビットがゼロになり、他の2ビットが1になったとします。ノイズの多いエラーが独立しており、何らかの確率発生すると仮定した場合p、エラーはシングルビットエラーであり、送信されたメッセージは3つのエラーである可能性が高いです。ダブルビットエラーが発生し、送信されたメッセージが3つのゼロに等しい可能性がありますが、この結果は上記の結果よりも少ない可能性があります。クローン情報がないため、量子情報をコピーすることはできません。この定理は、量子誤差補正の理論を定式化する上で障害となるようです。しかし、1つのキュービットの情報を、複数の(物理)キュービットの非常に絡み合った状態に広げることは可能です。Peter Shorは、1つの量子ビットの情報を9つの量子ビットの非常に絡み合った状態に保存することにより、量子誤り訂正コードを定式化するこの方法を最初に発見しました。ただし、量子エラー訂正コードは、いくつかの限られた形式のエラーから量子情報を保護します。また、少数のキュービットのエラーに対してのみ効率的です。さらに、エラーを修正するために必要なキュービットの数は、通常、エラーが実際に発生するキュービットの数にうまく対応しません。

    [さらに読む:ウィキペディア:量子エラー訂正 ]

  • 状態の準備に関する制約:状態の準備は、量子計算を開始する前に検討する必要がある最初のステップです。ほとんどのスキームでは、量子計算が正しく進行するためには、キュービットが特定の重ね合わせ状態にある必要があります。しかし、任意の状態を正確に作成することは、指数関数的に難しい場合があります(時間とリソース(ゲート)の複雑さの両方において)。

  • 量子ゲートの量子情報、不確実性、エントロピー: システムとの相互作用により、古典的な情報を簡単に取得できます。一方、クローニングが不可能であることは、特定の未知の状態を特定できないことを意味します。つまり、システムが特別に準備されていない限り、システムを制御する能力は限られたままです。システムの平均情報は、エントロピーによって与えられます。エントロピーの決定は、オブジェクトが従う統計に依存します。

  • 低温の要件超伝導量子コンピューティングの ようないくつかの量子コンピューティングアーキテクチャは、機能するために極低温(絶対ゼロに近い)を必要とします。

進捗:

結論:

特定の分野で古典的なコンピューターより明らかに優れた効率的な量子コンピューターを手に入れるかどうかは、時間だけが言うことです。しかし、私たちが成し遂げてきたかなりの進歩を見れば、数十年後には十分に強力な量子コンピューターが必要だと言っても過言ではないでしょう。しかし、理論的な面では、時間の複雑さの点で量子アルゴリズムに一致する古典的なアルゴリズムが存在するどうかはまだわかりません。この問題に関する以前の回答を参照してください。完全に理論的な観点からすれば、BQPの問題がすべてBPPまたはPにあることを誰かが証明できれば、非常に興味深いでしょう。

個人的には、今後数十年で、量子コンピューティング技術と古典的なコンピューティング技術の組み合わせを使用することになると考えています(つまり、PCに古典的なハードウェアコンポーネントと量子ハードウェアの両方が搭載されるか、または量子コンピューティングは完全にクラウドベースになり、 「クラシックコンピューターからのみオンラインでアクセスできます)。量子コンピューターは非常に狭い範囲の問題に対してのみ効率的であることを忘れないでください。量子コンピューターを使用して2 + 3のような追加を行うことは、かなりリソースを消費し、賢明ではありません(量子コンピューターがハードウェアレベルで基本的な計算を行う方法を参照してください)。

さて、国の資金が量子コンピューターを構築しようとするのに不必要に浪費されているかどうかという点に来てください。私の答えはノーです!正当かつ効率的な量子コンピューターを構築できなかったとしても、工学の進歩科学の進歩という点でまだ多くを得ています。すでにフォトニクスと超伝導体の研究は何倍にも増えており、私たちはこれまで以上に多くの物理現象を理解し始めています。さらに、量子情報理論と量子暗号法は、他の多くの分野でも役立つ可能性のあるいくつかのきちんとした数学的結果と技術の発見をもたらしました(cf.Physics SE:量子情報理論と量子暗号の数学的に困難な分野)。また、その時点までに理論的なコンピューターサイエンスで最も困難な問題のいくつかについても理解していました(「量子コンピューター」を構築できなかったとしても)。

ソースとリファレンス:

  1. 量子コンピューターの実装の難しさ(Ponnath、2006)

  2. ウィキペディア:量子コンピューティング

  3. ウィキペディア:量子エラー訂正


補遺:

少し調べてみると、量子コンピューティングの懐疑論に対するスコット・アーロンソンの反論のほぼすべてを概説する非常に素晴らしい記事を見つけました。そこに記載されているすべてのポイントを確認することを強くお勧めします。それは実際に、アーロンソンが彼のウェブサイトに掲載した講義ノートの第14部です。ウォータールー大学のPHYS771コースで使用されました。講義ノートは、彼の人気の教科書Quantum Computing Since Democritusに基づいています。


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クラシカルコンピューティングは、量子コンピューティングよりも長かったです。古典的なコンピューティングの初期は、量子コンピューティングで現在経験していることに似ています。Z3 1940年代に建てられた(第チューリング完全な電子機器)は、部屋の大きさと、お使いの携帯電話よりも少ない強力でした。これは、古典的なコンピューティングで経験した驚異的な進歩を物語っています。

一方、量子コンピューティングの夜明けは、1980年代まで始まりませんでした。Shorの因数分解アルゴリズム。1990年代に、この分野に飛びついたという発見が発見されました。数年後、これに量子アルゴリズムの最初の実験的実証が行われました。

量子コンピューターが機能するという証拠があります。毎年、この分野の実験的および理論的側面には途方もない量の進歩があり、それが止まると信じる理由はありません。量子閾値定理は、物理的ゲートの誤り率が特定の閾値を下回る場合、大規模な量子計算が可能であることを述べています。私たちは小さなシステムのためにこのしきい値に近づいています(すでにそこにいると主張する人もいます)。

量子計算の有用性について懐疑的になるのは良いことです。実際、推奨されています!量子計算の進行状況を古典的な計算と比較することも自然です。量子コンピューターは、古典的なコンピューターよりも構築が難しいことを忘れています。


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初期の古典的なコンピューターは、既存のテクノロジーで構築されていました。たとえば、真空管は、コロッサスの製造に使用される約40年前に発明されました。

量子コンピューターの場合、コンピューターを作成する前にテクノロジーを発明する必要があります。そして、このテクノロジーはこれまで存在していたものをはるかに超えているため、このステップには数十年かかりました。

これで、真空管の量子バージョンがほぼ完成しました。だから、10年ほどで巨像を期待してください。


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TL、DR:工学と物理学の議論はすでになされています。歴史的な観点を付け加えます。量子計算の分野は、実際には20年以上前のものであり、MU5のようなものを構築するのに30年以上かかりました。


タイムラインについて言及しているので、詳しく見てみましょう。

始まり

まず第一に、量子コンピューターのようなものの単なる可能性は、西のリチャード・ファインマン(1959年または1981年)と東のユリ・マニン(1980年)によって表明されました。しかし、それはアイデアを持っているだけです。実装は開始されません。

古典的なコンピューティングでも同様のことが起こりましたか?まあ、非常に長い時間前。たとえば、チャールズバベッジは19世紀初頭にコンピューティングマシンの構築を望んでいましたが、彼にはすでにアイデアがありました。パスカル、ライプニッツ、彼らは皆アイデアを持っていました。1837年のバベッジの分析機は、資金調達とエンジニアリングの課題のために決して建設されませんでした(ちなみに、分析機の前駆体はレゴで建設されました)具体的な実装を提案するため、量子コンピューティング。

70年代は、量子コンピューターに関連するものを見ません。いくつかのコードが発明され、いくつかの理論的な基礎が完成し(どれだけの情報を保存できるか?)、これはqcに必要ですが、それは量子コンピューターのアイデアを本当に追求しているわけではありません。

コードと通信関連のアイデアは、量子計算に対するものであり、電話や電信線は古典的な計算に対するものです。コンピューターではなく、重要な前駆体です。ご存知のように、モールス符号と電信は19世紀の技術であり、ノイズの多いチャンネルのより困難な符号も研究されました。数学の基礎(ノーゴー定理などの観点から)は、シャノンによって1948年に行われました。

とにかく、パンチカードコンピューティングは1804年に製織用に開発されたと言えますが、これが本当に古典的な計算の始まりだと主張したくはありません。

ユニバーサル(量子)コンピューター

では、いつ計算が開始されましたか?ユニバーサルコンピューティングの研究を地面から始めるには、多くのものが必要だと主張します。その前に、そこに投資する人とお金の数は制限されます。

  1. 普遍的なコンピューターの概念と何を達成するかの理論的モデルが必要です。
  2. 理論的なレベルで、ユニバーサルコンピューターを実装する方法のアーキテクチャが必要です。
  3. それを実装できる現実のシステムが必要です。

量子計算でそれらを取得するのはいつですか?

  • Deutschは、1985年(33年前)にユニバーサル量子コンピューターについて説明しています。
  • 回路モデルとゲートはほぼ同時期に開発されます。
  • すべてをまとめる方法の最初の完全なモデルは、1994年(わずか24年前)にCiracとZollerによって提案されました。

その前またはその間の量子計算における他のすべての進歩は、暗号、一般的な量子システムまたは他の一般的な理論に限定されていました。

古典的な計算はどうですか?

  • チューリング機械に関するチューリングの仕事(1936年)または教会の仕事(同じ時間枠)があります。
  • 近代建築はフォン・ノイマンのモデル(1945)に依存しています。他のアーキテクチャが存在します。
  • モデルとして、デジタル回路モデルはシャノンによって1937年に設計されました。

したがって、1994年には1937年に匹敵する状態にあります。

  • 理論的な基礎をしている人が何人かいますが、現在は基礎ができています。
  • 直接関連していないが(量子)コンピューターを構築するのに非常に役立つ基本的な問題のエンジニアリング作業を行う人々がかなりいます。
  • そして、この分野は一般的にそれほど大きくなく、資金も豊富です。
  • しかし、その日から、資金と人々がフィールドに注ぎ始めます。

フィールドが離陸しています

古典的なコンピューティングの場合、これはウィキペディアのタイムラインのさまざまな「最初のコンピューターシステム」の量によって示されます。少なくともドイツ、イギリス、アメリカのいくつかの場所にいくつかの研究グループがありました(ほんの数例を挙げると、英国のマンチェスターやブレッチリーパークなど)。戦争時のお金は、たとえば核爆弾の開発に必要だったため、コンピューティングに転用されました(ロスアラモスのアカウントを参照)。

量子計算については、例えばこのコメントを参照してください:

QISの分野は、いくつかの同時刺激の結果として1990年代初期から中期に爆発的な成長を始めました。PeterShorは、量子コンピューターが非常に大きな数を超効率的に因数分解できることを実証しました。半導体業界は、ムーアの法則によるコンピューターの改良が量子限界にすぐに到達し、技術の根本的な変更が必要になることを認識しました。物理科学の発展により、閉じ込められた原子イオン、高度な光学キャビティ、量子ドット、およびその他の多くの進歩が生み出され、実行可能な量子ロジックデバイスの構築が可能になりました。さらに、安全な通信の必要性により、改ざんされにくい量子通信方式の調査が行われました。

全体として、現代のコンピューターの理論的基礎が最初のコンピューターが利用可能になるまで(Zuse 1941、マンチェスター1948、2つだけを挙げると)、約10年かかりました。同様に、量子システムを使用して何らかの汎用的にプログラム可能な計算を行う最初のシステムについては、約10年かかりました。確かに、彼らの能力は最初のマンチェスターのコンピューターよりも低いですが、それでもです。

20年後、テクノロジーの爆発的な成長が徐々に見られ、多くの企業が関与しています。また、トランジスタのような新しい技術の出現も見られます(1947年に最初に発見されました)。

同様に、量子計算の開始から20年後に、Google、IBM、Intel、その他多くの企業が、民間企業の本格的な参入を目の当たりにしています。2012年に最初の会議に参加したとき、彼らの関与はまだ学術的でしたが、今日では戦略的です。同様に、2000年代には、上記の3社の最先端のチップの基盤となる超伝導量子ビットなど、さまざまな量子コンピューティングシステムが提案されました。2012年には、2つ以上の物理キュービットを備えたある程度信頼できるシステムがあると主張することはできませんでした。わずか6年後の今日、IBMは非常に信頼性の高い16量子ビット(実際に再生したい場合は5)で遊ぶことができ、Googleは72量子ビットシステムのテストを主張しています。

はい、エラー訂正機能を備えた信頼性の高い大規模な量子コンピューターを手に入れる方法はまだあります。現在所有しているコンピューターは、60年代の古典的なコンピューターよりも弱いですが、私は(他の人が説明するようにその他の回答)これは、ユニークなエンジニアリングの課題によるものだと考えています。物理的な制限が原因である可能性はほとんどありませんが、現在の進歩を考えれば、遅くとも2年以内に知る必要があります。

ここで私のポイントは何ですか?

  • 私たちがMU5量子コンピューターをまだ見ない理由は、その分野がまだそれほど古くはないという事実によるものであり、最近まであまり注目されていなかったためだと主張しました。
  • 私は、現代の観点から、古典的なコンピューターは非常に速く非常に良くなったように見えたが、これは開発と成長がそれほど速くないように思えた数十年の以前の仕事を無視していると主張する。
  • 量子コンピューターが直面する初期の工学的問題は、古典的なコンピューターが直面する問題よりも難しいと(もし分野のほぼ全員がそうであるように)信じるなら、あなたは古典的なコンピューターの1つに非常に匹敵する研究と革新の軌跡を見ると主張します。もちろん、それらは多少異なりますが、それがどのように進むかの基本的な考え方は似ています。

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「量子コンピューターを購入する」などの質問の一部に答えるために、根本的な誤解があると思います。

量子コンピューティングは単なる古典的なコンピューティングではなく、高速です。量子コンピューターは、特定の種類の問題を短時間で解決します。これは、従来のスーパーコンピューターでは数千年かかります。これは誇張ではありません。しかし、通常の種類のコンピューティング、数字の追加、グラフィックスのビットの移動など。これらはまだ古典的なコンピューティングのものです。

テクノロジーを小型化できるとしたら(私にはわかりません)、MMUやグラフィックスカードのようなものかもしれません。代替ではなく、古典的なコンピューターの追加機能。同様に、ハイエンドのグラフィックカードを使用すると、コンピューターはメインCPUを使用して(妥当な時間内に)実行できない処理を実行できます。量子コンピューターは、現在実行できない他の種類の操作を許可します。

少なくとも、量子コンピューティングのウィキペディアのページの「操作の原則」ページの最初の段落をスキャンすることをお勧めします。


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それが空のパイであるかどうかを尋ねるとき、それはあなたが量子テクノロジーが達成しようとしているとあなたが考える何の約束にむしろ依存します。そして、それは人々が誰がそれらの約束をしているのかにかかっています。

筋肉のコンピューターハードウェアに似たデバイス(またはより公平で、あまり多くのデバイスではない)をまだ製造していないのに、なぜ量子計算を知っているのかを考えてください。興奮をどこから聞いていますか?個人的に管理できる量子コンピューティングについてのすべての学術講演に参加しても、量子コンピューティングについて耳にすることの多くは学者からのものではないと確信しています。事実よりも興奮に興味があるソースから、量子コンピューティングについて多くのことを聞いている可能性があります。

量子ハードウェアができること、またはできることについて多かれ少なかれ壮大な主張をしている企業情報源がいくつかあります。そして、10年以上も前からありました。一方、単に注意深い進歩を遂げようと努力している人々の大きなコミュニティがあり、彼らのエネルギーを使い果たして約束を果たせない。誰からもっと聞いたことがありますか?

しかし、それらを認めたとしても、量子計算の興奮に最も責任があるのは、特定の種類の雑誌や特別な関心のあるWebサイトです。情報源としては、マーケットスクエアワッフルベンダーのようなものです。物質と咬傷。アカデミアではなく、注目を集める広告業界が、量子計算に対する期待が膨らんでいる主な理由です。彼らは原理的に量子計算さえも気にしません:それは群衆を驚かし、空のパイの夢を呼び起こし、その間に他の会社からお金を稼ぐためのいくつかの魔法の呪文の1つです広告が0.5秒間表示されました。それ業界は、顧客と視聴者の両方に空borne菓子を販売するビジネスに非常に力を入れています。しかし、それは、量子テクノロジーに実際に取り組んでいる人々によって、世界がイチジクを飛ばすことを負っているということですか?たちが達成できると思うことを達成するのは十分に難しいです。

私の学業仲間(理論的なコンピューター科学者と理論物理学者)の間で、一般の人々の間での量子計算に関する露骨な誤った情報は重大なフラストレーションの原因です。私たちのほとんどは、量子コンピューターを構築することが可能であると信じており、実際にそれが重要な経済的影響を与えると信じている人々のほとんども。しかし、5年から10年で世界がひっくり返るとは誰も期待しておらず、過去15年間のいずれかで「巨大な量子コンピューターが5〜10年」。私は生涯の影響を見たいと常に言ってきました。最近の活動で20年以内にその影響を見たいと思っています。

また、巡回セールスマン問題などを簡単に解決できるとは期待していません。量子化学および量子材料の問題を分析できることは元々のことであり、短期的には量子計算の最良かつ将来的な応用であり、そこで革命的なものになるかもしれません。そして、おそらく長期的には、最適化問題の実践において堅牢で大幅な改善を提供できるでしょう。(D-Waveは、実際に自分のマシンでこれを行うことができると主張しています。この主張が正当であるかどうかについて、審査員は学者の間でまだ出ていません。)

それの悪魔は、量子計算の理論と発展から実際に期待できることを説明するには、どういうわけか小さな量子力学を説明する必要があります。これは簡単なことではなく、複雑なものと同様に、特にキャンディー味の「ヤカワウ」の誇大広告の形での「代替の事実」が7回強烈に歩き回っている場合は、微妙な理解に対する大きな忍耐はほとんどありませんリーグブーツ。

量子計算ができることについて、そして世界中でテレポートしたり、世界の飢erや航空会社の混乱を一気に解決することはおそらくできないという真実は退屈です。しかし、化学と材料科学で大きな進歩を遂げることはそうではありません。アプリケーションはもちろん、まだ開発されていない:どのように簡単にあなたのために、ギアベースのコンピュータから外挿することができ、確実税を計算助けるか、対数表を計算する航空機を設計しますか

古典的なコンピューティング技術のタイムラインは、19世紀よりもずっと前に拡張されています。量子テクノロジーを使ってこの道を再試行する方法についてのアイデアがあり、そうすることで可能な配当の種類についてのアイデアがあります。そのため、Pascalの加算器から現代までの370年以上よりもはるかに速い時間で、有用なコンピューティングテクノロジーの開発を再現したいと考えています。しかし、それは一部の人々、特に実際にそれらの「約束」を果たす責任を負わない人々が期待しているほど速くはありません。

いくつかの発言。

並列加算器はどこにありますか?

  • 量子コンピューターで加算を実行する大きなデバイスはありませんが、量子コンピューターの高速加算回路に取り組んでいる人がいます。

Atlas、またはMU5に相当するものはどこですか?

  • 率直に言って、私たちはまだPascalの加算器の最初の信頼できる量子アナログに取り組んでいます。エンタングルメントを交換できる小型で高品質のモジュールを作成するというNQITプロジェクトのアプローチ(開示:私はそれに関与していますが、実験家としてではありません)が大量生産による迅速なスケーリングへのルートになることを期待していますモジュールの場合は、数年のうちにPascalの加算器からCollosus、Atlas、さらにその先に移動する可能性があります。しかし、時間だけが教えてくれます。

彼らはまだ地に着いていないようです。すぐにPC Worldで購入することはないでしょう。

  • それは完全に真実です。しかし、そうでないことを期待するように言われた場合、これは私たちのものよりもPCワールド(または公平である、技術愛好家としてのサブスクリプションマネーの市場でのPCワールドの競合他社)のせいです。責任ある研究者なら誰でも、最初の本格的なプロトタイプデバイスの作成に懸命に努力していると言うでしょう。

[PC Worldで量子コンピューターを購入]できるようになりますか?

  • PC WorldでCrayを購入できるようになりますか?しますか?そうでないかもしれない。しかし、あなたの大学はそうするかもしれませんし、真面目な企業はそうするかもしれません。それを超えた憶測です—量子コンピューターがワードプロセッシングをどのように改善するかわかりません。しかし再び、バベッジは、彼の差分エンジンに似たものが文字の作成に使用されると想像したことはないと思います。

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TL; DR:約15年間、量子コンピューターの理論に取り組んでいます。私は、彼らが働かないと言うことを納得させるものを見ていません。もちろん、彼らが働くことができる唯一の本当の証拠は、それを作ることです。今起こっています。しかし、量子コンピューターが何をするのか、そしてなぜ私たちがそれを望むのかは、一般の認識とは一致しません。

量子コンピューティングは空のパイですか?それはすべて、量子の鳴き声によってだまされやすい大衆に売り込まれたジャム・トゥ・モウ・ウーですか?

「クォンタムクォーク」として(もちろんありがとう)、もちろんすべて現実的だと言っておきます。しかし、理論健全です。量子力学が正しい限り、量子計算の理論は正しく、古典的なコンピューターで解を効率的に計算する方法がわからない量子コンピューター用の効率的なアルゴリズムがあります。しかし、私がここに書いたものが懐疑論者を納得させることができるとは思いません。座って、すべての詳細を自分で学習するか、しばらく待ってから見る必要があります。

もちろん、量子力学はいつでも置き換えられる可能性のある理論にすぎませんが、その予測はすでに私たちの周りの世界を説明するために適用されています。量子コンピューターは、予想外の結果があることを願うかもしれないテストされていないレジームに理論を押し進めていません(物理学者が本当に望んでいるのは、そこから新しい物理学のヒントが見え始めるからです)。たとえば、量子力学は、短期の量子コンピューターで量子ビットについて話しているよりもはるかに多くの成分で構成される凝縮系にすでに適用されています。ただ、前例のないレベルの制御が必要なのです。量子コンピューターが機能しない理由について議論があると思う人もいますが、私が読んだ議論で特に説得力のあるものは見つかりませんでした。

それはすべて誇大広告と熱い空気ですか?

量子コンピューターを取り巻く多くの誇大宣伝があります。これは主に2つのソースから来ていると思います:

  • 主流のメディアやポピュラーカルチャーにおける量子コンピューティングの一般的な表現(SFブックなど)。量子計算に積極的に取り組んでいる人に尋ねてください。それは、表現が不十分であることに同意するだろうと思います。それは、すべてがより速く動作する普遍的なソリューションであるという印象を与えますが、少なくとも今のところはそうではありません。gされやすい大衆にうろつくジャム・トゥ・モローがありますが、それは主に専門家ではない仲介者によって行われていることを過度に単純化しようとする「翻訳の損失」の試みによるものです。

  • 研究者自身。過去20年の間、人々は量子コンピューティングがもうすぐ地平線上にあり、決して実現しないと約束してきました。その時点でオブザーバーがうんざりするのはかなり合理的です。しかし、フィールド内にいるという私の見解は、量子コンピューターに取り組んでいると主張する多くの人々はそうではないということです。資金提供機関が研究の「理由」を次第に厳しくし、「影響」を確保するにつれて、量子コンピューターで何もすることに興味がなくても、量子コンピューティングは多くの実験家の頼みの綱となっています。量子コンピューティングに関連するように、彼らがしていることをひねることができる何らかの方法があれば、彼らはそれをする傾向があります。量子コンピューティングができるという意味ではありません」行われましたが、暗示されているほど焦点が絞られていません。わずかに異なるレベルで、量子情報理論の爆発を見てみましょう。そのため、量子コンピューターの理論とそれらを機能させる方法に積極的に取り組んでいる理論家はほとんどいません(興味深いことをしていないというわけではありません)。

しかし、私たちは今、量子コンピューターを製造するために突然多くの研究投資があり、関連する技術、現実、そして物事が動き始めているという重大な打撃を受けています。私たちは、約50キュビットのデバイスで、「量子優位性」を達成できる可能性があるという点にちょうど突き当たっているように見えます。これを実現する際の問題の一部は、実際には、前述の古典的なコンピューティングの急速な進歩でした。ムーアの法則タイプの進歩により、従来の計算能力が指数関数的に向上することを考えると、説得力を得るために何を達成する必要があるのか​​は常に変化し続けています。

量子コンピューターでも同様の進歩は見られません。逆に、彼らは地面から降りることさえしていないようです。

重要なのは、それを行うのは難しいことであり、基本的な技術を正しく得るには長い時間がかかっているということです。これはわずかに不完全な比較ですが、それほど悪くはありません。プロセッサの作成に使用されるリソグラフィプロセスについて考えてください。彼らの開発は進歩的であり、トランジスタはますます小さくなっていますが、邪魔になっている量子効果に対処することがますます難しくなっているため、進歩は遅くなっています。一方、量子コンピューターは、本質的にその進歩的な改善の全体を踏み越え、究極の最終的な結果、つまり単原子トランジスタ(種類)に直進しようとしています。おそらくそれは、実験者が何に対処しようとしているのかについてある程度の洞察を与えるのでしょうか?

すぐにPC Worldで購入することはありません。できるようになりますか?

あなたが望んでいるかどうかは明らかではありません。現時点では、量子コンピューターは特定の非常に具体的なタスクに役立つと期待されています。その場合、私たちはおそらく、それらの特定の仕事をする少数の強力な集中型量子コンピューターを想定し、ほとんどの人は古典的なコンピューターを使い続けます。しかし、古典的なコンピューターの開発との類似性を引き出したいので、(ウィキペディアによると)1946年に、イギリスの国立物理学研究所の責任者であるチャールズダーウィンfamous(著名な自然主義者の孫)が書きました。

非常に可能性があります... 1台のマシンで全国から要求されるすべての問題を解決するのに十分です

(このバリエーションは、ワトソンのような人々に起因しています)。これは明らかにそうではありません。現実は、コンピューターが広く利用可能になった後、コンピューターのさらなる用途が発見されたことです。それは可能性がある私は知らない、量子コンピュータで同じです。店で量子コンピューターを買わない他の理由の1つは、そのサイズです。まあ、実際のデバイスは通常小さいですが、すべてのインターフェース機器、特に冷却がすべてのスペースを占有します。技術が向上するにつれて、徐々に温度を上げて(たとえば、達成する必要があった元の温度と比較して高温超伝導の進行を見て)冷却要件を減らすことができます。


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なぜ2つの異なるテクノロジーが同じ速度で進歩すると予想しますか?

簡単に言えば、量子コンピューターは非常に強力ですが、従来のコンピューターよりも構築が非常に困難です。それらの動作の理論はより複雑で、最近の物理学に基づいて、サイズの拡大を妨げる大きな理論的落とし穴と障害があり、設計には、設計がはるかに難しい、より洗練されたハードウェアが必要です。

量子コンピューターの開発のほぼすべての段階は、古典的なコンピューターの開発段階とは異なります。あなたへの質問です。なぜそれらを比較しますか?


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ウィキペディアのタイムラインを参照し、並列加算器はどこにあるのか自問してください。

あなたの答えはあなたの質問にあるように思えます。ウィキペディアのタイムラインを見ると、1959年から2009年頃まで非常に遅い進歩を示しています。ゼロから1に移行するまでは、主に理論的な作業でした。

それからわずか9年で、2量子ビットから72に、そして2000量子ビットまでのdwaveを含めると、進歩のペースは途方もなく大きくなりました。そして、今私たちがアクセスできるクラウドで働いている人がいます。過去60年間の進捗状況をグラフにすると、曲線にかなりのひざがあり、自分の主張に反論しているように見えるはずですが、私が知る限り、量子コンピューティングは何もしていません。

AtlasまたはMU5に相当するものはどこですか?

それはあなたの質問が基づいている基準ですか?

できるようになりますか?それはすべて誇大広告と熱い空気ですか?量子コンピューティングは空のパイですか?それはすべて、量子の鳴き声によってだまされやすい大衆に売り込まれたジャム・トゥ・モウ・ウーですか?

はい。ダメダメダメ。

そうでない場合は、なぜですか?

なぜなら、参照したタイムラインが示すように、量子アルゴリズムだけでなく、量子ビットの数と安定性においても人々は大きな進歩を遂げているからです。

人々に未来を予測するように頼むことは常に失敗に満ちており、それがこれらのサイトのほとんどが「意見に基づく」質問を許可しない理由です。

おそらく、より具体的な(意見に基づかない)質問があなたの質問に答えるのに役立つでしょう。


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ここのほとんどの人々にとって悲しい真実は、ジョン・ダフィールド(質問者)が正しいということです。

量子コンピューターがどんな価値も持っているという証拠はありません。

ただし、量子コンピューティングに投資している企業(IBM、Google、Intel、Microsoftなど)の場合、構築を試みることは完全に価値があります。成功すれば、いくつかの問題を指数関数的に迅速に解決できるからです。従来のコンピューターよりも優れており、成功しなかったとしても、利用可能な数十億ドルのへこみはありません。

これまで失敗と呼べる有用な量子コンピューターを構築しようとする試みは、少なくとも超伝導体、フォトニクス、さらには量子理論自体の理解の進歩につながりました。量子力学の分析に使用される多くの数学は、量子情報理論の文脈で開発されました。

そして最後に、量子コンピューターは決して市場性がないかもしれませんが、東芝、HP、IBM、三菱、NEC、NTTの量子通信デバイスはすでに市場に出ています。

結論として、量子コンピューティングは決して価値がないかもしれないというジョン・ダフィールドに同意します。しかし、量子通信はすでに市場に出回っており、量子コンピューティングを現実にしようとして失敗した(これまでの)試みのために、多くの新しい科学、数学、工学(例えば、超伝導体)が開発されました。


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すべての良い質問のように、ポイントはあなたが意味するものです。量子コンピューターを開発している新興企業のCTOとして、私は量子コンピューティングが空のパイであるという命題に強く反対しなければなりません。

しかし、あなたは「すぐにPC Worldで購入することはないだろう」と断言します。これは私が同意するだけでなく、近い将来、あなたができないことを示唆します。これは、私が主張するほど「決して」に近いものではありません。

何故ですか?第一に、量子コンピューターの構築を妨げるエンジニアリング上の理由はなく、実際、量子コンピューターの構築をこれ以上長く妨げる理由はないため、それは有効です。第二に、それは、古典的なコンピューターを構築するよりも量子コンピューターを構築するのが難しいためです(極端な低温や非常に良い真空などの特別な条件が必要で、遅いです)量子コンピューターが得意とする問題。計算や古くなった暗号の破壊による創薬や、一部の機能の反転を加速するために(特にワードローブサイズのサポート機器が付属している場合はそうではありません)ラップトップは必要ありませんが、それを行うには1つまたはいくつかのスーパーコンピューターが必要です。

(大規模で普遍的な)量子コンピューターを妨げるエンジニアリング上の問題がないと言えるのはなぜですか?単一の例で十分であることに注意してください。したがって、私が最もよく知っている技術、つまり専門的に追求している技術を選択します。イオントラップベースの量子コンピューティングでは、必要なすべての要素が実証されています。高忠実度の汎用量子ゲートがあります。適切なパフォーマンスで、イオンを移動(イオンをイオン列から分離および再結合し、パスに沿って移動し、パスの交差点を移動)する試みが成功しています。さらに、ゲート操作に匹敵する忠実度で初期化、測定などが可能です。大型の汎用イオントラップベースの量子コンピューターの構築を妨げる唯一のことは、適切なエンジニアと一緒に個々の貢献をした科学者を獲得することに関連しています。

技術的にすぐに偉業を成し遂げる方法を説明したいのですが、私たちの弁理士(そして私のCEOと会社の全員)を少し怒ってしまうのではないかと心配しています。要約すると、これは次のとおりです。

量子コンピューティングが実際に空のパイである場合、振り返ってみると、将来の人々は、それを最初のマイクロコンピューターのようなぶら下がりの実であると認識します。


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他の回答で指摘されているように、多くのキュービットで構成されるユニバーサル量子コンピューターの開発には多くの技術的課題があります。このレビュー記事も参照してください。ただし、最初の真に汎用的な量子コンピューターに到達する前に、特定の非自明な量子コンピューティングの結果を得るための回避策があるかもしれません。

古典的なコンピューティングデバイスは、最初のユニバーサルコンピューターが作られるよりもずっと前から存在していたことに注意してください。たとえば、微分方程式を数値的に解くには、コンデンサ、コイル、抵抗で構成される電気回路を構築し、特定のポイント間の電圧が解く方程式と同じ微分方程式を満たすようにします。この方法は、デジタルコンピューターが出現する前の天体物理学で一般的でした。

量子コンピューティングの場合、ファインマンが量子コンピューティングのアイデアを思いついたとき、通常のコンピューターを使用して特定の物理システムの量子力学特性をシミュレートすることの難しさに基づいて議論したことに注意してください。彼は、システム自体が通常のコンピューターを使用して解決するのが難しい数学的問題を解決することを指摘することにより、議論を変えました。システムの量子力学的な性質により、通常のコンピューターでは解決が困難な問題に取り組むことができる量子力学デバイスを構築できるかどうかを検討できます。

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