Chúng ta có thể thực hiện mô phỏng cơ học lượng tử bằng máy tính lượng tử không?

Tôi là một chuyên gia khoa học máy tính, những người thực sự quan tâm đến vật lý và cơ học lượng tử. Tôi đã bắt đầu tìm hiểu về Q # và D-Wave, nhưng tôi chỉ muốn biết liệu có thể kiểm tra các lý thuyết cơ học lượng tử bằng máy tính lượng tử hay không.

Nếu vậy, thì tất cả những thứ khác nhau tôi nên xem xét? Ví dụ: Q # cho phép chúng tôi khoảng 30 qubit để phát triển miễn phí. Tôi có thể thực hiện loại mô phỏng nào với nhiều qubit đó?

— Yashank Varshney
nguồn

Câu trả lời:

Bạn có ý nghĩa gì bởi "Mô phỏng cơ học lượng tử"?

Một trong những động lực chính trong lịch sử ban đầu của điện toán lượng tử là tuyên bố của Richard Feynman rằng một máy tính lượng tử sẽ có thể mô phỏng hiệu quả các hệ thống lượng tử. Cuối cùng, rất nhiều chương trình lượng tử gần nhất mà mọi người đang cố gắng chạy (và đã chạy) là mô phỏng trạng thái cơ bản của các nguyên tử và phân tử. Đây là những tài nguyên rất chuyên sâu, nhưng IBM đã làm điều này để thành công tốt đẹp trên các phân tử đối xứng cao nhỏ hơn sử dụng máy tính lượng tử hiện tại của họ.

Mặt khác, nếu bạn đang tự hỏi liệu chúng ta có thể kiểm tra Cơ học lượng tử như một lý thuyết bằng cách sử dụng Máy tính lượng tử hay không , có thể kiểm tra Bất đẳng thức của Bell . Đây là một bằng chứng cho thấy một hệ thống là Cơ lượng tử, vì có một sự bất bình đẳng chỉ có thể bị phá vỡ nếu sử dụng sự vướng víu. Bài báo được liên kết có một lời giải thích tốt và đi sâu vào một số xác minh thử nghiệm đã được thực hiện, nhưng thử nghiệm như vậy là một trong những cách để đảm bảo rằng Máy tính Hộp đen đã cho là lượng tử là bản chất.

— Dripto Debroy
nguồn

Yess đây chính xác là những gì tôi muốn nói về mô phỏng lượng tử, có lẽ tôi nên sử dụng Cơ học lượng tử như một lý thuyết như bạn đã đề cập :)

— Yashank Varshney

Vấn đề với các bài kiểm tra Bell trên máy tính lượng tử là hầu hết các kiến trúc không được thiết lập để có thể đóng các lỗ hổng, đặc biệt là lỗ hổng cục bộ, vì các qubit được đặt gần nhau để chúng có thể tương tác. Có lẽ bối cảnh sẽ là một gợi ý tốt hơn?

— DaftWullie

@DaftWullie Đó là một điểm công bằng, tôi không chắc mình có một ví dụ tốt hơn vẫn còn tồn tại trong lĩnh vực lý thuyết lượng tử có phần đơn giản. Tôi chắc chắn có một số hình thức của một trò chơi lật đồng xu sẽ hoạt động, nhưng tôi không thể nghĩ ra.

— Dripto Debroy

@DaftWullie Để biết kết quả thử nghiệm gần đây cố gắng tránh lỗ hổng cục bộ, xem arxiv.org/pdf/1603.05705.pdf .

— Mariia Mykhailova

@MariiaMykhailova Tôi quen thuộc với các bài kiểm tra Bell. Điểm mà tôi đang thực hiện là đó là những thí nghiệm khác biệt với máy tính lượng tử và thí nghiệm máy tính lượng tử không được thiết kế để đóng lỗ hổng.

— DaftWullie

Một lưu ý riêng về việc sử dụng các trình giả lập cho việc này (trái ngược với việc sử dụng máy tính lượng tử thực tế).

Các trình mô phỏng, giống như các tàu có Q #, được chế tạo để mô phỏng các lý thuyết cơ học lượng tử như chúng ta hiểu bây giờ. Điều này có nghĩa là bất kỳ thử nghiệm nào bạn chạy trên trình giả lập sẽ hoạt động chính xác như lý thuyết đã nói (tốt, trừ khi trình giả lập có lỗi trong mã), nhưng điều đó không có nghĩa là thử nghiệm này xác nhận lý thuyết - nó chỉ có nghĩa là đó là mô phỏng / minh họa tốt của lý thuyết.

— Mariia Mykhailova
nguồn

Vì vậy, bạn đang nói rằng nếu có một cái gì đó khác với lý thuyết được đề xuất, thực tế chúng ta sẽ không thể kiểm tra chúng bằng cách sử dụng các trình giả lập như Q #? Chỉ vì về cơ bản họ phải làm chính xác những gì lý thuyết hiện tại nêu?

— Yashank Varshney

Đúng chính xác. (Ngoại trừ Q # không phải là trình giả lập mà là ngôn ngữ lập trình có thể gọi trình giả lập được vận chuyển như một phần của Bộ công cụ phát triển lượng tử ... Nhưng tôi nitpick)

— Mariia Mykhailova