¿Se puede ejecutar software codificado para máquinas binarias en computadoras cuánticas? ¿Qué tal un software codificado para computadoras cuánticas en máquinas binarias?

El software para una computadora binaria estándar del tipo que tenemos hoy (una computadora clásica, a diferencia de la computadora cuántica) se puede volver a compilar para ejecutarse en una computadora cuántica. La principal dificultad es que, en mecánica cuántica, la información se conserva. Entonces las computadoras cuánticas no pueden usar ninguna operación lógica irreversible que borre bits. No es obvio, pero resulta que cualquier programa de computadora se puede volver a compilar para que se ejecute utilizando solo operaciones lógicas reversibles que no borren ningún bit. La versión reversible puede ser un poco más lenta que la versión original pero no mucho más lenta. Por ejemplo, la versión reversible puede usar el doble de operaciones que la versión original, o algo así.

En la otra dirección, el funcionamiento de una computadora cuántica podría, en principio, ser simulado por una computadora estándar (clásica). Sin embargo, esto será dolorosamente lento. El número de pasos que la computadora clásica necesitará para simular la computadora cuántica escalará exponencialmente en la cantidad de bits cuánticos (qubits) que tiene la computadora cuántica. Los prototipos actuales de computación cuántica en IBM y U. Maryland, que tienen 5 qubits, podrían simularse fácilmente en su computadora portátil. Las computadoras cuánticas de 50 qubits, que Google e IBM planean construir en los próximos años, están al margen de lo que es práctico simular en las supercomputadoras más grandes del mundo. Una computadora cuántica con 100 qubits no podría simularse en ninguna supercomputadora actual a menos que estuviera dispuesto a esperar más de una vida humana para obtener el resultado. Dicho esto, en principio siempre es posible simular computadoras cuánticas con las clásicas (dado un generador de números aleatorios). Las computadoras cuánticas no pueden resolver problemas que son clásicos , como el problema de detención.

Patente de Microsoft: Patente US20060091375 – Los sistemas y métodos para el trenzado cuántico incluyen una figura que traiciona su pensamiento de la computación cuántica como un futuro equivalente a las computadoras “binarias”;

Este resultado según lo previsto por Microsoft no se refleja en lo que parece ser la visión común de la mayoría de los algoritmos informáticos cuánticos en desarrollo. La opinión más común es que la computación cuántica es completamente un proceso para transformar el contenido del registro qubit para producir respuestas binarias que luego pueden procesarse digitalmente. Una computadora digital proporcionaría la entrada al proceso de computación cuántica, controlaría las operaciones que causan las transformaciones y aceptaría la salida. En esta arquitectura, las puertas cuánticas y la secuencia de su operación serían los únicos elementos que dependen de los efectos cuánticos qubit.

En este contexto, si el software para computadoras basadas en bits puede ejecutarse en “computadoras cuánticas” depende completamente de si la pregunta se refiere a la máquina completa o la parte de la máquina que procesa qubits. Obviamente, toda la máquina contiene suficiente potencia de procesamiento de bits para ejecutar software desde otras máquinas basadas en bits. La pregunta más relevante sería si la ejecución de programas basados ​​en bits (posiblemente convertidos a jerga de procesamiento de qubit) sería ventajosa para ejecutar a través de la porción de qubit de todo el sistema.

La informática teórica parece deleitarse en la discusión sobre cómo las computadoras cuánticas se comparan con las máquinas basadas en bits contra una amplia gama de tipos de problemas. Examinando la lista de clases de complejidad de Wikipedia, mi explicación idiosincrásica del tipo de problemas que las computadoras basadas en puertas cuánticas resuelven mejor son aquellas en las que pueden validar múltiples respuestas posibles simultáneamente, mientras que una computadora convencional necesitaría verificar cada respuesta posible individualmente.

Si las computadoras cuánticas alguna vez serán lo suficientemente efectivas como para reemplazar todas las computadoras basadas en bits, recuerda una pregunta similar que podría haberse hecho sobre los carros sin caballos.

La respuesta clara a la segunda parte de la pregunta es: existen problemas conocidos que las computadoras basadas en bits no pueden resolver en marcos de tiempo medidos en vidas humanas. Si bien pueden emular con éxito computadoras cuánticas, los tiempos de ejecución pueden ser astronómicos.