¿Cuáles son las principales diferencias entre la arquitectura de computadora normal y la arquitectura de computadora cuántica?

Si estás hablando de computadoras cuánticas adiabáticas, no hay similitudes.

Si está hablando de computadoras cuánticas de modelo de circuito, son similares en que ambas tienen la noción de una puerta lógica, y las similitudes prácticamente terminan allí. Aquí hay un circuito de teletransportación simple:

(de las arquitecturas cuánticas: qasm2circ)

Lo primero a tener en cuenta es que los cables (delgados) realmente no existen: los qubits (llamados | q0>, | q1> y | q2>) interactúan a través de otros mecanismos (pulsos láser, chocando átomos entre sí, acoplados electromagnéticos campos, disposiciones de filtros de polarización y divisores de haz, etc., dependiendo de la implementación física de la computadora), y los “cables” solo dicen en qué secuencia se deben aplicar las operaciones y entre qué qubits: por ejemplo, el punto negro conectado a la operación NOT significa Controlled-NOT: después de aplicar la puerta Hadamard a | q1>, | q1> debe usarse como el qubit de control para una operación CNOT en | q2>, luego | q0> debe usarse como el qubit de control para | q1>, entonces debe aplicar la puerta Hadamard a | q0>, luego realizar mediciones destructivas en | q0> y | q1>, contrayéndolos a la información clásica. Entonces, los cables gruesos significan cables reales que transportan ceros y ceros normales. Dependiendo de sus resultados, debe aplicar una puerta Sigma X y / o Sigma Z al qubit de resultado (| q2>).

Las computadoras cuánticas normalmente están controladas por computadoras clásicas que “ejecutan” los pasos del algoritmo y miden las salidas. Se podría decir que el control de calidad es solo una “tarjeta aceleradora”, no una computadora completa que puede sostenerse por sí misma (ni hay ninguna razón para hacerlo; de hecho, muchas cosas son mucho más fáciles y rápidas en una computadora clásica; solo hay un tipo específico de problema que se ajusta bien a un control de calidad, pero resulta que ese tipo específico de problema es importante).

Un par de cosas más interesantes: los QC tienen que usar el cálculo reversible, por lo que no hay puertas que tengan menos “cables” salientes que “cables” entrantes. Por lo tanto, puede ajustar el circuito en lo que parecen líneas para notas musicales. Uno de los resultados del cálculo reversible es que emular el cálculo no reversible (por ejemplo, la asignación) es muy incómodo y normalmente da como resultado grandes cantidades de qubits de basura (que no se pueden tirar simplemente porque podrían enredarse con el resultado). Por lo tanto, a menudo tiene que ejecutar el cálculo hacia atrás, reflejando parcialmente el circuito después de obtener el resultado, hasta que los qubits de basura vuelvan a sus estados iniciales, desenredados, para que puedan descartarse y reutilizarse.

Otra cosa es que la RAM cuántica puede funcionar con direcciones en superposición, devolviendo la superposición de los elementos en las ubicaciones mencionadas 🙂

No estoy seguro de si el campo de la computación cuántica ha progresado hasta el punto en que una pregunta como esta es realmente, concretamente, responsable. Dicho esto, estoy lejos de ser un experto en computación cuántica. Lo que sugeriría es que, desde una perspectiva arquitectónica de software o hardware, la computación cuántica será para la computación lógica regular, algo así como los algoritmos de reducción de mapas son para el código monolítico.

Todo el sistema deberá reconocer que el problema se dividirá en varios componentes que, de forma independiente a nivel cuántico, producirán resultados bastante simultáneos que luego se fusionarán en un todo que logre el punto más grande de la computadora / programa .

Si bien eso parece bastante sencillo a nivel de software (tenemos muchos patrones y arquitecturas similares a mapas reducidos en uso hoy en día), sospecho que la realidad de bajo nivel de la computación cuántica requerirá cambios significativos en la forma en que ese tipo de patrones toman forma .

En el lado del hardware, no sé si alguien ha explorado o entendido lo que se necesitará para extender los elementos de computación cuántica “atómica” (perdón por el juego de palabras) y envolverlos en un sistema capaz de computación de propósito general. Si ese es incluso el objetivo final real de construir sistemas computacionales cuánticos.

El cálculo cuántico funciona según el principio de probabilidad en lugar del principio determinista que depende de los bits. Aquí 2 electrones pueden hacer más cálculos de lo que se hace en los semiconductores de las computadoras normales.