답변:
이 용어 quantum supremacy 가 반드시algorithms 클래식 컴퓨터에서는 실행하기 어려운 비 양성 컴퓨터에서 실행될 수 있음을 의미 하지는 않습니다 . 그것은 단지 양자 컴퓨터가 무언가를 할 수 있다는 것을 의미합니다 전형적인 컴퓨터가 시뮬레이션하기 어려운 .
당신은 내가 아닌 양자 컴퓨터에 의해 수행 된 것에 대해 이야기함으로써 내가 의미하는 바를 물어볼 수 있습니다 algorithm. 이것이 의미하는 바는 양자 컴퓨터가 프로세스를 수행하도록 할 수 있다는 것입니다.
반드시 잘 이해 된 행동을하지는 않습니다. 특히 그 과정에서 우리가 증명할 수있는 것은 거의 없습니다.
특히,이 프로세스는 실질적인 관심의 문제를 '해결'하지 않습니다. 계산에 대한 답변이 반드시 관심있는 질문에 대답하는 것은 아닙니다.
프로세스가 반드시 잘 이해 된 행동을하지는 않는다고해서 컴퓨터가 무엇을하고 있는지 모른다는 것을 의미하지는 않습니다. 그러나 우리는 그러한 운영 시스템 의 상태에 대한 누적 효과를 반드시 정확히 이해하지는 않습니다 . ( 양자 역학 시스템은 시뮬레이션이 어렵 기 때문에 양자 계산에 대한 약속은 원래 제안되었는데 , 이는 시뮬레이션하기 어려운 다른 시스템을 시뮬레이션 할 수 있음을 의미했습니다.)
당신은 포인트가 양자 컴퓨터가 유일한 이유 인 경우 시뮬레이션하기 어려운 뭔가 할 필요없이 무엇을 요청할 수 있습니다 만 이 시뮬레이션 어렵다고합니다. 그 이유는 다음과 같습니다. 원리 증명을 보여줍니다. 35 qubits, 40 qubits, 45 qubits, 50 qubits 등으로 양자 시스템을 구축 할 수 있다고 가정합니다. 각 시스템은 동일한 엔지니어링 원칙에 따라 구축되고 각 시스템은 실용적 으로 시뮬레이션 할 수 있으며 시뮬레이션 방식에 따라 동작합니다. 예측하다(허용 오차까지), 각 시뮬레이션이 이전보다 훨씬 더 많은 자원을 소비하는 곳. 그런 다음 세계에서 가장 큰 슈퍼 컴퓨터로는 시뮬레이션 할 수없는 55 또는 60 큐 비트의 시스템이 있으면 신뢰할 수있는 양자 컴퓨터 (시뮬레이션 할 수있는 크기에 따라)를 구축하는 아키텍처가 있다고 주장 할 수 있습니다. 알려진 시뮬레이션 기술이 자신의 행동을 예측할 수 없을 정도로 (그리고 그러한 기술이 가능하지 않은 경우) 충분히 큰 양자 컴퓨터를 구축하는 데 사용됩니다.
이 단계 자체가 반드시 유용한 것은 아닙니다무엇이든, 그것은 전형적인 컴퓨터에서 할 수있는 것보다 양자 컴퓨터에서 흥미로운 문제를 더 빨리 해결할 수있는 필수 조건입니다. 이 단계에서 '흥미로운'문제를 반드시 해결할 수 없다는 사실은 사람들이 때때로 '지배권'이라는 용어에 불만을 갖는 이유 중 하나입니다. (나의 견해로는 정당화되지만 여기서는 주제가 아닌 정치적 의미와 관련이있는 다른 이유가있다.) 원한다면 "양자 우월"이라고 부른다. 휴대 전화를 주머니, 데스크탑 컴퓨터 또는 산업용 슈퍼 컴퓨터로 교체 할 위험은 없지만, 양자 컴퓨팅 기술의 발전 곡선에 관심의 대상입니다.
그러나 결론은 즉, 예 "양자 패권"입니다 바로 이 벤치 마크 "특정 크기의 시뮬레이션 양자 컴퓨터 수없는", 또는 적어도 수행 당신이 그들을 가질 수있는 어떤 특정 프로세스를 시뮬레이션 할 수없는, 그리고에 대한 양자 기술뿐만 아니라 최상의 고전 기술과 최상의 고전 기술에 의존합니다. 우리가 사물에 대해 진지하게 생각하면 사실 이후 1 ~ 2 년이 지났다는 확신을 갖게되는 것은 모호한 경계입니다. 그러나 교차하는 것은 중요한 경계입니다.
2012 년 Preskill ( 1203.5813 ) 에 의해 도입 된 양자 우월 이라는 용어 는 다음 문장으로 정의 할 수 있습니다.
따라서 일반 디지털 컴퓨터로 달성 할 수있는 것 이상의 제어 된 양자 시스템으로 작업을 수행 할 수있을 때 양자 우월 시대가 시작되기를 바랍니다.
또는 위키 백과가 말하면, 양자 우월성은 양자 컴퓨터 장치가 고전적인 컴퓨터가 실제로는 할 수없는 문제를 해결할 수있는 잠재적 능력입니다 .
이것은 수학적 의미에서 정확한 정의 가 아닙니다 . 정확한 진술을 할 수있는 것은 주어진 문제의 복잡성이 입력의 차원에 따라 어떻게 스케일링되는지 (즉, 시뮬레이션 문제를 다루는 경우 시뮬레이션 될 큐 비트의 수)입니다. 양자 역학이 같은 문제를보다 효율적으로 해결할 수 있고 (그리고 결정적으로 당신이 그것을 증명할 수 있음), 양자 장치가 양자 우월성 을 보여줄 (또는 오히려 증거를 제공 할) 여지가있다 ( 또는 양자 우위 , 또는 당신이 그것을 부르기를 선호한다면, 예를 들어 주석의 토론을 참조 하십시오 ).
위의 관점에서 , 양자 우위 체제에 도달했다고 주장 할 수있는시기는 언제 입니까? 하루가 끝날 무렵 , "고전적으로 시뮬레이션 할 수있는 체제"에서 "양자 우위 체제"로 여러분을 안내하는 단일 마법 번호 는 없으며 , 이는 계속되는 전환으로, 더 많은 증거를 수집합니다. 양자 역학이 고전 물리학보다 더 잘할 수 있다고 주장한다.
한편으로, "양자 우월 체제"에 속하는 체제가 분명히있다. 이것은 고전적인 장치로는 해결할 수없는 양자 장치의 문제를 해결할 때 입니다. 예를 들어, 우주의 시대에 어떤 고전적인 장치로 계산하는 데 필요한 거대한 숫자를 인수 분해하고 누군가 가 인수 분해가 실제로 고전적으로 어렵다는 것을 증명 한다고 가정하면 주어진 것에서 멀어 보입니다. 양자 역학은 실제로 고전적인 장치보다 일부 문제를 더 효율적으로 해결할 수 있다고 반박하기 어렵다.
그러나 양자 우월주의의 주요 포인트 중 하나가 양자 컴퓨터의 실제 문제를 해결하기 전에 중간 단계이기 때문에 위의 방법은 양자 우월성을 생각하는 좋은 방법이 아닙니다. 실제로, 양자 우월성을 추구함에있어서, 유용한 문제 를 해결하려는 요구를 완화하고 적어도 일부 작업에서 양자 역학이 실제로 이점을 제공 한다는 원칙을 공격하려고 시도한다 .
이 작업을 수행하고 양자 우월성을 입증 할 수 있는 가장 간단한 장치를 요청 하면 상황이 까다로워지기 시작합니다. 양자 장치가 고전적인 것보다 더 나은 임계 값을 찾고자 하지만, 이것은 근본적으로 다른 종류의 알고리즘을 실행하는 두 개의 근본적으로 다른 종류의 장치 를 비교하는 양 입니다. 이 작업을 수행하는 쉬운 방법은 없습니다. 예를 들어, 서로 다른 두 장치를 구축하는 데 비용이 얼마나 들었습니까? 일반용 클래식 장치를 특수용 양자 장치와 비교하면 어떻습니까? 공평한가요? 유효성 검사는 어떻습니까?양자 장치의 출력이 필요한가? 또한 복잡성 결과가 얼마나 엄격해야합니까? Harrow and Montanaro ( nature23458 , paywalled)가 제시 한 양자 우월 실험에 대한 제안 된 합리적인 기준 목록:
이 문제를 더 잘 이해하기 위해 2005 년 D-Wave의 주장에 대한 논의를 살펴볼 수 있습니다.예를 들어, Scott Aaronson의 블로그 게시물 에 대한 토론 과 그 안의 참고 문헌 (그리고 물론 Denchev 등 ( 1512.02206 ) 의 원본 논문 )을 참조하십시오.
또한 "양자 우월"체제에서 "고전적"을 분리하는 정확한 임계 값에 관해, 보손 샘플링 실험에서 양자 우월을 주장하는 데 필요한 광자의 수에 대한 논의를 살펴볼 수 있습니다. 보고 된 수는 처음에 20에서 30 정도였으며 ( Aronson 2010 , Preskill 2012 , Bentivegna et al. 2015 , 기타), 그다음 짧게 7 개 ( Latmiral et al. 2016 ) 만큼 낮아졌다가 다시 ~ 50까지 다시 올랐 습니다. ( Neville et al. 2017 , 여기 에서이 결과에 대한 간단한 설명을 볼 수 있습니다 ).
있습니다 많은 내가 여기에 언급하지 않았다 다른 유사한 예. 하나는 고전적인 디바이스를 시뮬레이션 할 수 있기 전에, 예를 들어 IQP 회로를 통해 양자를 이용 주변 전체를 논의하거나 필요한 큐 비트의 수는 (존재 닐 등. 2017 , Pednault 등. 2017 , 및 일부 다른 결과에 대한 논의) . 내가 위에 포함시키지 않은 또 다른 좋은 리뷰는 Lund et al. 2017 년 논문.
(1) 여기서는 Calude and Calude ( 1712.01356 )에 주어진 기준의 표현을 사용하고 있습니다 .