Können wir quantenmechanische Simulationen mit einem Quantencomputer durchführen?

Ich bin ein Informatik-Major, der sich wirklich für Physik und Quantenmechanik interessiert. Ich habe angefangen, etwas über Q # und D-Wave zu lernen, wollte aber nur wissen, ob es möglich ist, quantenmechanische Theorien mit Quantencomputern zu testen.

Wenn ja, worauf sollte ich dann achten? Zum Beispiel erlaubt uns Q # ungefähr 30 Qubits für die freie Entwicklung. Welche Art von Simulationen kann ich mit so vielen Qubits machen?

— Yashank Varshney
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Antworten:

Was meinst du mit "Quantenmechanische Simulationen"?

Eine der Hauptmotive in der frühen Geschichte des Quantencomputers war die Aussage von Richard Feynman, dass ein Quantencomputer Quantensysteme effektiv simulieren könnte. Zu diesem Zweck sind viele der nächsten Quantenprogramme, die Menschen ausführen wollen (und ausgeführt haben), Simulationen von Grundzuständen von Atomen und Molekülen. Diese sind sehr klassisch ressourcenintensiv, aber IBM hat dies mit ihren aktuellen Quantencomputern auf kleineren hochsymmetrischen Molekülen erfolgreich durchgeführt.

Wenn Sie sich andererseits fragen, ob wir die Quantenmechanik als Theorie mit einem Quantencomputer testen können, können Dinge wie Bellsche Ungleichungen getestet werden. Dies ist ein Beweis dafür, dass ein System quantenmechanisch ist, da es eine Ungleichung gibt, die nur durch Verschränkung gebrochen werden kann. Der verlinkte Artikel enthält eine gute Erklärung und geht auf einige der bereits durchgeführten experimentellen Überprüfungen ein. Ein solcher Test ist jedoch eine der Möglichkeiten, um sicherzustellen, dass ein bestimmter Black-Box-Computer eine Quantennatur ist.

— Dripto Debroy
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Ja, genau das habe ich mit Quantensimulationen gemeint, vielleicht hätte ich die Quantenmechanik als eine Theorie verwenden sollen, wie Sie sie erwähnt haben :)

— Yashank Varshney

Das Problem bei Bell-Tests auf einem Quantencomputer besteht darin, dass die meisten Architekturen nicht so eingerichtet sind, dass sie die Lücken schließen können, insbesondere die Lokalitätslücke, da Qubits nahe beieinander platziert sind, damit sie interagieren können. Vielleicht wäre Kontextualisierung ein besserer Vorschlag?

— DaftWullie

@DaftWullie Das ist ein fairer Punkt, ich bin mir nicht sicher, ob ich ein besseres Beispiel habe, das immer noch im Bereich der etwas einfachen Quantentheorie bleibt. Ich bin mir sicher, dass es eine Art Münzwurfspiel gibt, das funktionieren würde, aber mir fällt keines ein.

— Dripto Debroy

@DaftWullie Ein aktuelles experimentelles Ergebnis, mit dem versucht wird, die Lokalitätslücke zu umgehen, finden Sie unter arxiv.org/pdf/1603.05705.pdf .

— Mariia Mykhailova

@MariiaMykhailova Ich bin mit Bell-Tests vertraut. Der Punkt, den ich gemacht habe, ist, dass dies verschiedene Experimente von Quantencomputern sind und dass die Quantencomputerexperimente nicht dazu gedacht sind, die Lücken zu schließen.

— DaftWullie

Ein separater Hinweis zur Verwendung von Simulatoren (im Gegensatz zur Verwendung eines tatsächlichen Quantencomputers).

Simulatoren, wie der, der mit Q # geliefert wird, sind so konstruiert, dass sie quantenmechanische Theorien simulieren, wie wir sie jetzt verstehen. Dies bedeutet, dass sich jedes Experiment, das Sie auf einem Simulator ausführen, genau so verhält, wie es die Theorie sagt (es sei denn, der Simulator hat einen Fehler im Code), aber dies bedeutet nicht, dass dieses Experiment die Theorie bestätigt - es bedeutet nur, dass es ein ist gute Simulation / Illustration der Theorie.

— Mariia Mykhailova
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Wollen Sie damit sagen, dass wir etwas, das sich von der vorgeschlagenen Theorie unterscheidet, praktisch nicht mit Simulatoren wie Q # testen können? Nur weil sie im Wesentlichen genau das tun sollen, was die aktuelle Theorie besagt?

— Yashank Varshney

Ja genau. (Außer Q # ist kein Simulator, sondern eine Programmiersprache, die einen Simulator aufrufen kann, der als Teil des Quantum Development Kit geliefert wird ... Aber ich nehme

— keine