¿Es teóricamente posible crear una CPU cuántica de propósito general, o la computación cuántica siempre estará limitada a tipos específicos de problemas, como lo es ahora?

Quiero decir, teóricamente, ¿la respuesta fácil puede ser un “seguro, tal vez” muy cauteloso?

Como Cody Reisdorf ha señalado en su respuesta, la computación cuántica (o si quiere pensar en ella como información cuántica / procesamiento de señales) es interesante porque ofrece aceleraciones para conjuntos particulares de problemas ( BQP , o un problema cuántico de error acotado , que en este contexto se refiere a un problema de tipo sí-no, o decisión , que puede ser resuelto por una computadora cuántica en tiempo polinómico ).

Y otro punto importante que se plantea es la practicidad o la necesidad: tal vez algún día nosotros (u otras criaturas) podamos encontrarnos en una situación en la que suficientes casos de uso de computadoras requieran recursos cuánticos de enredos y superposiciones para que terminemos lentamente haciendo la transición a una máquina totalmente cuántica, y todo el internet cuántico (¿y tal vez todo el dinero cuántico?) pero … hace una pausa para pensar si eso es necesario o incluso eficiente (¿irónico, verdad?), especialmente para nosotros los humanos.

Las computadoras clásicas en su forma actual son dispositivos potentes con un conjunto maduro de matemáticas (o algoritmos) que permiten a los humanos calcular muchas cosas e incluso simular pequeñas computadoras o circuitos (o sistemas) cuánticos, aunque en grupos de súper computadoras, así que seguro que puede argumentar que tal vez el uso de miles de millones de átomos para simular un puñado no sea la definición más convincente de “poderoso”.

Pero desafortunadamente no muchas personas hacen esto, y afortunadamente esas no son las únicas cosas útiles que necesitan computación. El software de Office, aunque no siempre se considera la vanguardia de la ciencia y la tecnología, sigue siendo muy útil y gran parte del mundo moderno no sería posible sin él, y en estos casos la computación clásica o discreta funciona bien, y desde el punto de vista de la física de la ingeniería podría incluso ser preferido.

La información cuántica (o estados de información que están enredados o en superposición) es notoriamente frágil ya que una interacción suficiente con el medio ambiente decodificará estos estados delicados (pensar, destruir o colapsar, pero en realidad lo que sucede es que el sistema se verá obligado a asumir uno o algunos otro estado o valor definido, y así rompe la superposición).

Por lo tanto, uno se pregunta si realmente necesitamos bits cuánticos frágiles o qudits multinivel para decir ejecutar una hoja de cálculo (algunas hojas de cálculo podrían beneficiarse de ello, no lo sé) o hacer un procesamiento de texto (es decir, tomar una entrada de teclado y luego tenga eso almacenado en la memoria y también se lo muestre al usuario; de nuevo, ¿realmente necesitamos computadoras cuánticas para esto? Probablemente no).

Quizás, si nos encontramos tratando de interactuar con sistemas que muestran ciertas características cuánticas físicas y deseamos realizar la entrada / salida de información cuántica con este sistema → entonces quizás sí, podemos encontrarnos diseñando una máquina totalmente cuántica, “teclado” ( o lightboard más como) y todo.

Pero nuestros dedos y ojos gigantescos y letras algo definidas y no ambiguas (pero a veces PUEDEN ser ambiguas, y ese es un problema de clasificación e inteligencia, ooh, jugoso) no es lo más probable.

Digamos que resolvimos estos desafíos de preservar y manipular estados cuánticos frágiles (la tecnología de vacante de diamante-nitrógeno parece realmente prometedora para sus largos tiempos de coherencia, es decir, podemos mantener los estados cuánticos enredados o en superposición durante más tiempo) y la estabilidad general, en que estos sistemas parecen requerir menos vacío o criogenia que otras opciones, como los métodos superconductores o de trampa de iones) y podemos obtener una computadora cuántica o una máquina cuántica que podría funcionar en condiciones de vacío más bajas o sin condiciones “criogénicas calientes”, digamos, suficiente para que un enfriador termoeléctrico o un circuito de refrigeración simple funcione (la temperatura ambiente parece un tanto ambiciosa en este momento, pero ¿qué pasa si descubrimos la superconductividad a temperatura ambiente? Curiosamente podríamos necesitar una computadora cuántica primero para hacer eso) → luego Sí, tal vez podríamos ver el propósito general de todas las computadoras cuánticas que reemplazan a las computadoras clásicas, pero wow, ese camino será largo y costoso, y puede que ni siquiera salir por alguna razón u otra como la física.

Como mínimo, si llegamos a ese punto, el costo de la computación cuántica se reducirá tan drásticamente que los beneficios que podrían surgir serían enormes, pero la motivación no debería ser para que podamos presumir de poder ejecutar una versión cuántica. de su editor de texto en su computadora cuántica, sino porque podemos acceder a una gama más amplia de problemas de manera mucho más eficiente y simular la naturaleza tal como es (o al menos cómo es hasta los límites de nuestra comprensión).

Pero creo que es seguro decir que lo más probable es que veamos unidades de procesamiento cuántico (muy parecido al espíritu de las unidades de procesamiento de gráficos) que se utilizan en sistemas híbridos cuánticos clásicos.

De hecho, todas las “computadoras cuánticas” son así actualmente.

Están interactuando con dispositivos informáticos clásicos muy establecidos que a su vez pueden controlar más instrumentación de comportamiento analógico que finalmente interactúa con el sistema cuántico aislado. Pero esto es una especie de semántica (aún importante).

* También necesito señalar que Steven de Rooij también hace un punto muy importante acerca de si una estructura de estilo de CPU es lo mejor. Resulta que la computación cuántica requiere más reflexión para unir la estructura física de un dispositivo o circuito y la estructura matemática del problema y / o algoritmo (para ser utilizado para resolver dicho problema).

El ejemplo más llamativo (o al menos común) sería en el recocido cuántico, donde literalmente configura el dispositivo para representar mejor un determinado problema (generalmente algún tipo de problema de optimización) y luego deja que el sistema se asiente o recoja, la idea es que si configura su problema y dispositivo correctamente, entonces el estado mínimo de energía del dispositivo / sistema corresponderá a la respuesta de su problema.

Creo que definitivamente se está haciendo algún trabajo allí donde las personas examinan la estructura o la topología de estos dos tipos de casos especiales, así como la mejor forma de organizar qubits y otros componentes para hacer un propósito general (: supongamos que esto significa, Puedo hacer cualquier cosa al respecto, como jugar StarCraft, solo para diferenciarlo de “computadoras cuánticas universales”) o programables (creo que el término más técnicamente correcto sería “universal”).

Por lo general, la corrección de errores cuánticos y la computación cuántica topológica son los temas de interés y ambos se complementan fuertemente.

La pregunta es difícil de responder porque una “CPU” es un componente en una arquitectura de computadora de Von Neumann, y no hay ninguna razón por la cual el mejor diseño para una computadora cuántica deba seguir esa arquitectura.

Los modelos de cálculo cuántico y clásico son igualmente poderosos: ambos pueden calcular todas las funciones computables y nada más. Sin embargo, las computadoras cuánticas pueden calcular algunas de estas funciones fundamentalmente más rápido que las computadoras clásicas.

Entonces, sí, es teóricamente posible construir una computadora que sea completamente cuántica y que pueda hacer todo lo que una computadora actual puede hacer, y que puede hacer algunas cosas mucho más rápido.

Pero no está claro que dar a una computadora de este tipo una CPU sea la mejor manera de hacerlo, y en la práctica pasará mucho tiempo antes de que el diseño más conveniente sea otra cosa que una computadora clásica con un componente cuántico dedicado para problemas específicos que pueden ser resuelto más rápidamente con Quantum, como las computadoras actuales tienen una tarjeta de video.

La mayoría de los usuarios no necesitarían el componente cuántico de todos modos, por lo que probablemente seguiría siendo caro.

¡Hola! La respuesta a tu pregunta es simple. Sí. ¿Cuánto tiempo tardará? Eso necesita pensar un poco. Las computadoras cuánticas aún no se entienden completamente. Existen, pero pocos saben qué tipo de cálculos se deben hacer con ellos.

Las supercomputadoras que existen hoy en día son computacionalmente muy potentes incluso con dos bits de estado y el alcance de la mejora es infinito. Por lo tanto, debe pensarse en cambiar completamente a una máquina de 4 estados y la razón debe ser lo suficientemente convincente.

La innovación es rápida en estos días. Ya no es necesario que todo un gobierno se involucre para lanzar una nave espacial. Las personas están a solo una notificación de distancia y los bots pueden responder casi cualquier consulta que presente. La inteligencia artificial está creciendo rápidamente y puede hacerse cargo de casi todos los sectores de empleo.

Así que nunca se sabe, todo lo que se necesita es una compañía con una visión. Si no fuera por Microsoft con el objetivo de poner una PC en el escritorio de todos o el interés de Google en hacer uso de los datos de las personas, no estaríamos discutiendo aquí.

Una computadora cuántica, una vez que encuentra su ventaja en la informática de uso general, pronto llegará a su hogar.

La computación cuántica es una solución a una clase particular de problemas que representan un significado bastante anticuado de la palabra “computación”. Originalmente, la computación significaba la solución de clases particulares de problemas numéricos difíciles. La computación cuántica resolverá nuevas clases de tales problemas.

Pero por un tiempo recientemente (la terminología parece haber cambiado nuevamente), la tecnología llamada computación se denominó ICt, Information and Communications Techology. Y Quantum Computing nunca hará grandes contribuciones a este campo. Del navegador web es más que un front-end a un back-end numéricamente intensivo, QC no ayudará con eso.

TL: DR Quantum Computing siempre será un campo especializado. Pero puede ser un campo especializado con consecuencias estremecedoras.