Là máy tính lượng tử tương tự?

Chúng ta đã từng có máy tính tương tự vài thập kỷ trước. Máy tính hiện đại ngày nay là Digital. Còn máy tính lượng tử thì sao? Nó là tương tự hay kỹ thuật số? Tôi đang hỏi điều này vì qubit có thể là nhiều thứ cùng một lúc.

Không, máy tính lượng tử không giống như máy tính tương tự (ít nhất là về nguyên tắc).

Các máy tính tương tự mô phỏng bài toán (toán học) cần giải quyết bằng cách xây dựng một hệ thống vật lý tuân theo các ràng buộc / định luật tương tự như bài toán. Các câu trả lời có được bằng cách quan sát và đo lường hành vi của mô phỏng vật lý. Độ chính xác của nó là mô phỏng (có thể có các hiệu ứng ký sinh), độ chính xác của các điều kiện ban đầu, đặc biệt là cài đặt các tham số vấn đề và đo lường kết quả.

Độ chính xác cũng có thể bị giới hạn bởi phạm vi tỷ lệ áp dụng của các hiện tượng được sử dụng cho mô phỏng. Ví dụ: nếu câu trả lời được đưa ra bởi một mức nước trong một số vật chứa, bạn có thể bị giới hạn bởi hiệu ứng mao dẫn (có thể được tính ở một mức độ nào đó) và bằng cách đo mực nước với độ chính xác hơn đường kính của một phân tử có thể không có ý nghĩa lắm.

Tôi đã từng nghĩ rằng một sự khác biệt lớn là tính toán tương tự về nguyên tắc dựa trên sự mô phỏng của các định luật liên tục, liên quan đến thực tế, trong khi máy tính kỹ thuật số hoạt động độc quyền trên các bộ đếm được. Nhưng, dưới ánh sáng của kiến ​​thức hiện tại về lý thuyết điện toán, sự khác biệt này có lẽ là ngây thơ bởi vì tôi nghi ngờ rằng vật lý có thể được chính thức hóa bằng cách chỉ sử dụng các thực tế tính toán , trong đó chỉ có một số đếm được.

Điện toán lượng tử chủ yếu sẽ cho phép bạn thực hiện một số tính toán kỹ thuật số song song (nói đơn giản). Nó luôn luôn là một sản phẩm chéo hữu hạn của một số tính toán, và do đó nằm trong vương quốc đếm được. Bạn có thể nghĩ về nó như là một sản phẩm chéo của một máy tự động mô phỏng hai hoặc nhiều tính toán của automata đơn giản hơn (mặc dù nó thậm chí còn ít tổng quát hơn so với những gì tôi hiểu về nó). Những công trình sản phẩm chéo hữu hạn này không bao giờ rời khỏi cõi đếm được.

Nói chung, một tính toán lượng tử được coi là một tính toán kỹ thuật số, tuy nhiên có một biến thể của máy tính lượng tử gọi là "máy tính lượng tử biến liên tục" hoặc CVQC, có thể được coi là một máy tính tương tự. Tôi tin rằng chúng chủ yếu được sử dụng trong mô phỏng lượng tử, nhưng chúng không phải là thứ tôi đã nghiên cứu, vì vậy tôi không biết nhiều về chúng hơn từ viết tắt.

Như đã nói, có những điều về máy tính lượng tử "kỹ thuật số" có vẻ rất giống nhau. Ví dụ, giả sử bạn bắt đầu với một thanh ghi lượng tử ở trạng thái cơ bản, và sau đó bạn phát triển trạng thái một cách không trung thực, và cuối cùng là đo trạng thái.

Theo một cách hiểu nào đó, bạn đã bắt đầu với một mảng bit cổ điển bằng 0 và kết thúc bằng một mảng bit cổ điển là kết quả của sự tính toán, nhưng sự tiến hóa đơn nhất ở giữa có vẻ rất giống nhau. Chúng phải được mô hình hóa với các ma trận phức tạp và các trạng thái do biến đổi đơn vị có biên độ thực, v.v. Nhưng vì đầu ra rõ ràng là kỹ thuật số, chúng tôi coi đó là một tính toán kỹ thuật số.

Nếu chúng ta có thể "đo" điện tử quay một trục (chẳng hạn) và nhận được một giá trị thực tùy ý, thì điện toán lượng tử sẽ tương tự ... Nhưng sau đó chúng ta sẽ sống trong một vũ trụ khác, với vật lý kỳ lạ hơn: P

Trong khi hầu hết các kế hoạch chế tạo máy tính lượng tử liên quan đến kỹ thuật số, thực sự có một số thiết bị tương tự được gọi là máy tính lượng tử đáng tin cậy (AQC). Xem Đi kỹ thuật số có thể làm cho máy tính lượng tử tương tự có thể mở rộng | Ars Technica để biết thêm chi tiết.

Xem thêm Colloquium: ủ lượng tử và tính toán lượng tử tương tự

Tôi tin rằng tôi hiểu cơ sở của câu hỏi của bạn: Thông tin được mã hóa trong một bit trong máy tính hiện đại thông thường có thể được mô tả bằng hai giá trị (nhị phân), thường được viết là 0 hoặc 1 hoặc (tốt hơn cho điểm có vấn đề) là +1 hoặc -1. Tuy nhiên, nếu bạn muốn, điều này có thể được mô tả bằng đồ họa như một thứ gì đó ở cực bắc hoặc cực nam của một quả cầu giống như Trái đất. Đây sẽ là một cách phức tạp không cần thiết để mô tả cách một chút lưu giữ thông tin, nhưng nó là hợp pháp. Các nhà điều hướng sẽ bận tâm sử dụng một quả cầu tương tự nếu chúng chỉ tồn tại trên hai cực?

Thông tin được mã hóa trong máy tính lượng tử không thể được viết là +1 hoặc -1, về cơ bản vì thông tin được mã hóa trong một qubit (tương đương với máy tính lượng tử của một bit) có thể có bất kỳ giá trị nào giữa +1 và -1. Một cách để mô tả điều này là trên một quả cầu, giống như một quả địa cầu, có các vĩ độ và kinh độ tương tự.

Một hình cầu như vậy có thể là hình cầu Bloch, một hình cầu đơn vị mượn từ hình học hình cầu và lượng giác rắn. Chúng ta có thể đưa ra một đường hình cầu có vĩ độ và kinh độ như vậy. Điểm mới là việc mã hóa một điểm giữa các cực hiện nay đòi hỏi số lượng và số phức ít quen thuộc hơn. Tin tốt là bất kỳ điểm nào như vậy có thể được đánh giá rõ ràng, bao gồm cả việc mô tả thông tin được mã hóa trong một qubit. Vâng, trong thực tế, quả cầu Bloch này giống như một quả cầu tương tự rõ ràng! Theo nghĩa này, tôi đồng ý; máy tính lượng tử có thể được hình dung là dựa vào các công cụ toán học tương tự.