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量子コンピューティングは死んだ - 量子処理万歳!

に Thomas Cherickal20m2023/12/06

長すぎる; 読むには

量子コンピューティングは終わった。私たちは物理学の基本法則に逆らうことはできません。しかし、あらゆる問題には抜け穴があります。量子処理の超高速入門です。

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コンテンツの概要

回路ベースのゲートを利用した量子コンピューティングには欠陥がある!
量子コンピューティングと量子処理の違いは何ですか?
革新的なアイデア
データをエンコードできる既存のシステムを見つけるにはどうすればよいでしょうか?
自然に逆らうのではなく、自然と協力する
興味深い半分 - アプリケーション!
結論

回路ベースのゲートを利用した量子コンピューティングには欠陥がある!

私たちは根本的に異なるシステムに古いモデルを使用しています。ワイヤードゲート回路のパラダイムは本質的に古典的であり、量子コンピューティングの真の可能性を完全に活用することはありません。

古典的パラダイムと量子パラダイム:量子コンピューティングの回路ベースのゲートモデルは、確かに古典的コンピューティングからインスピレーションを得ており、演算はビットを操作するゲートを通じて順次実行されます。しかし、量子コンピューティングは量子ビット上で動作し、量子ビットは状態の重ね合わせで存在したり、互いにもつれたりする可能性があります。量子システムを古典的な「ゲート」フレームワークに強制的に組み込もうとすることで、本質的に量子的で古典的なアナログが存在しないタスクを実行する量子コンピューティングの可能性を制限しています。
。
量子コヒーレンスとデコヒーレンス:量子コヒーレンスは、量子計算に必要な脆弱な状態です。ゲートモデルでは、一連の操作を通じて複数の量子ビットにわたるコヒーレンスを維持する必要がありますが、デコヒーレンスにより量子ビットの数が増加するにつれて、それはますます困難になります。ただし、量子アニーリングで使用されるような自然の量子プロセスは、量子システムの自然な進化を利用して機能するように設計されているため、デコヒーレンスに対してより耐性がある可能性があります。
エラー訂正とフォールトトレランス:ゲートモデルでは、量子デコヒーレンスやその他の量子ノイズによって発生するエラーを管理および訂正するために、複雑なエラー訂正プロトコルが必要です。これらのプロトコルはリソースを大量に消費する可能性があり、十分に拡張できない可能性があります。対照的に、計算問題を自然な量子プロセスにエンコードすると、これらのプロセスは特定の種類のエラーに対して自然に堅牢になるため、本質的なフォールトトレランスが可能になる可能性があります。
自然量子プロセスの効率:光合成や低温での特定の物質の挙動に見られるような自然量子プロセスは、非常に効率的な情報伝達を示すことができます。これらのプロセスを研究し、模倣する可能性があることで、ゲートモデルに基づく量子コンピューティングシステムよりも効率的な量子コンピューティングシステムを開発できる可能性があります。
量子超越性と問題解決:量子超越性の概念は、量子コンピューターが古典的なコンピューターよりもはるかに速く特定の問題を解決できることを示唆しています。ただし、ゲートモデルは、すべての種類の問題に対してこれを達成する最も効率的な方法であるとは限りません。自然の量子プロセスを活用することで、現在解決困難な複雑な問題を解決する、より直接的かつ効率的な方法が見つかるかもしれません。
量子力学を理解する:自然の量子プロセスとそれを計算に使用する方法に焦点を当てることで、量子力学自体についてより深い洞察が得られる可能性があります。これは、量子物理学の基礎となる原理とより一致した新しい量子アルゴリズムと技術につながる可能性があります。

回路ゲートモデルは、古典的なコンピューターを操作する方法では量子コンピューターを操作できないことを示しました。 100 個のコヒーレントで安定した量子ビットを取得することは、非常に困難なタスクになるか、信じられないほど高価な研究レベルのハードウェアを必要とするタスクになります。私が解釈できる限り、私たちは論理ゲートに限定された「計算」の観点から量子コンピューティングに取り組んできました。そこでは、本質的に量子であるはるかに一般的な形式と計算システムが、まったく新規で異なるものを生成できるはるかに優れたシステムをもたらすでしょう。単純な時間発展による結果。

私は量子コンピューティングには欠陥がある、つまり行き止まりだと信じています。代わりに量子処理に注目する必要があります

量子コンピューティングと量子処理の違いは何ですか?

量子計算は、量子ハードウェア上で古典的なコンピューティングをシミュレートしようとします。これは非常に根本的な不一致であり、量子インターネット、量子デコヒーレンス、量子力学の基本規則を深く調べ始めると、ますます明らかになります。

量子処理には、既存の量子システムを使用し、それをアプリケーションドメインをモデル化するシステムと照合することが含まれます。派手なことをしようとするのではなく、自然な時間の進化が機能するようにするだけです。既存の現象で問題をモデル化できる場合は、そのモデルを問題の解決に利用できます。

D-Wave は最初から大金を稼いでいました。

革新的なアイデア

コグニティブコンピューティングのための量子ニューラルネットワーク:
- 投機的な応用:量子システムの並列処理機能を活用して、量子レベルで人間の脳の機能を模倣するニューラルネットワークを作成します。これらの量子ニューラルネットワークは、前例のない速度で情報を処理し、学習する可能性があります。
- 現実世界のプロセス:ニューラルネットワークの重みとバイアスを量子状態にエンコードすることで、量子システムの自然な進化を利用して、リアルタイムの言語翻訳や画像データからの医療診断などの複雑なパターン認識タスクを実行できます。
量子支援進化アルゴリズム:
- 投機的応用:量子の重ね合わせともつれを使用して、最適化問題に対する膨大な数の解を同時に表現および展開します。これにより、従来の進化的アルゴリズムよりもはるかに速く、物流、リソース管理、さらには AI 駆動設計の最適なソリューションを見つけることができる可能性があります。
- 現実世界のプロセス:輸送物流において、量子進化アルゴリズムは、さまざまなルーティングオプションを量子状態にエンコードし、自然な量子進化を使用して、交通量、天候、配達時間帯などのすべての変数を考慮して、最も効率的なルートを迅速に特定できます。
量子環境モニタリング:
- 投機的応用:もつれを利用して地球規模の環境変化を極めて高精度で監視する量子センサーの開発。これらのセンサーは、大気の組成、温度、さらには絶滅危惧種の動きの微細な変化を検出できる可能性があります。
- 現実世界のプロセス:さまざまな生態系に展開された量子センサーは、気候変動の影響に関するリアルタイムのデータを提供し、環境危機への即時対応や汚染物質の拡散の追跡を可能にします。
量子強化創薬:
- 投機的な応用:量子シミュレーションを利用して、薬物と複雑な生物学的システムとの相互作用を量子レベルでモデル化します。これにより、化合物の有効性と副作用をより正確に予測できるため、創薬プロセスが劇的にスピードアップする可能性があります。
- 現実世界のプロセス:製薬会社は、量子シミュレーションを使用して潜在的な薬剤分子の広大な空間を探索し、特定のタンパク質または DNA 配列に効果的に結合する可能性が最も高い候補を迅速に特定することができます。
量子考古学と古生物学:
- 投機的応用:量子イメージング技術を適用して、歴史的な遺物や化石と相互作用した量子状態を再構築することで過去を「見る」。これにより、これらの材料を損傷することなく、その組成と構造について新たな洞察が得られる可能性があります。
- 現実世界のプロセス:考古学者は、非侵襲的な量子イメージングを使用して陶器、骨、さらには古代文書の組成を分析し、古典的なイメージング技術では見えない詳細を明らかにすることができます。
農業のための量子予測:
- 投機的な応用:量子コンピューティングを使用して膨大な気候と土壌のデータを処理し、気象パターン、作物の収量、害虫の発生を高精度で予測し、農家が生産を最大化するために情報に基づいた意思決定を行えるようにします。
- 現実世界のプロセス:量子コンピューターは、農業分野の衛星、ドローン、IoT デバイスからのデータを分析して、作付けスケジュール、灌漑、施肥を最適化し、より持続可能な農業実践につながる可能性があります。
量子符号化言語学:
- 投機的応用:人間の言語のニュアンスを量子状態にエンコードして、方言、イディオム、文化的背景の微妙な点を捉え、自然言語処理と機械翻訳のブレークスルーにつながります。
- 現実世界のプロセス:これは、単語を変換するだけでなく、意図された口調、感情、文化的参照を伝えるリアルタイム翻訳デバイスで使用でき、国際コミュニケーションをよりシームレスかつ正確にします。
量子アートとデザイン:
- 投機的応用:量子ランダム性を利用して、アートやデザインで使用するための独自のパターン、テクスチャ、構造を生成し、古典的なアルゴリズムでは複製が不可能な作品を作成します。
- 現実世界のプロセス:デザイナーやアーティストは量子システムと協力して、観察者の存在に予測不可能な方法で反応する新しい素材、ファッション、またはインタラクティブなアートインスタレーションを作成できます。
量子強化確率的予測:
- 新規アプリケーション:量子力学の固有の確率的性質を利用して、経済学、気象学、および不確実性と複雑なシステムを扱うその他の分野における確率的予測モデルを改善します。
- 仕組み:量子アルゴリズムは、重ね合わせを利用して無数の可能な未来をシミュレートするように設計でき、結果の確率分布を提供して、株式市場の変動、気象パターン、さらには社会的傾向をより正確に予測できるようになります。
量子ホログラフィックデータストレージ:
- 新規アプリケーション:量子重ね合わせと組み合わせたホログラフィーの原理を使用して、データを 3 次元の量子状態に保存し、超高密度ストレージデバイスを作成します。
- 仕組み:データを量子状態の位相と振幅にエンコードすることにより、絡み合った少数の粒子に膨大な量の情報を保存することが可能になります。データの取得には量子干渉パターンが含まれるため、コンパクトで信じられないほど効率的なデータストレージソリューションが可能になります。
量子誘起相変化材料:
- 新規アプリケーション:量子レベルで相（固体、液体、気体）を制御できる材料を開発し、高度な製造プロセスとスマートマテリアルにつながります。
- 仕組み:量子コンピューターは、外部の熱や圧力を必要とせずに、材料内の粒子の量子状態を制御して相変化を引き起こすことができます。これは、精密製造や、オンデマンドで特性を変化させる材料の作成に使用できる可能性があります。
量子再帰学習システム:
- 新しいアプリケーション:量子計算を使用して、指数関数的に大きなアルゴリズムとパラメーターの空間を探索することで、再帰的に自己改善できる学習システムを構築します。
- 仕組み:量子再帰システムは、量子重ね合わせを使用して、膨大な数の異なる学習アプローチとパラメーターを同時に評価し、AI 開発と問題解決のための最も効果的な戦略に迅速に収束します。
量子対応メタマテリアル:
- 新規アプリケーション:量子操作を通じて動的に変更できる特性を備えたメタマテリアルを設計し、光学、音響、材料科学などの分野に影響を与えます。
- 仕組み: メタマテリアル内の量子状態は、(レーザーパルスや磁場を通じて) 1 つの状態を変更すると、屈折率や弾性などの材料の巨視的特性が変化し、光と音を制御する新しい方法につながるような方法で絡み合う可能性があります。。
量子バイオタグ付けと追跡:
- 新規アプリケーション:量子状態を使用して個々の細胞または分子にタグを付け、リアルタイムでの生物学的プロセスの正確な追跡を可能にします。
- 仕組み:量子タグは、おそらく特別に設計された量子ドットまたは分子の形で、細胞またはタンパク質に取り付けることができます。それらの量子状態を監視して、これらの生物学的実体の動きや相互作用を前例のない精度で追跡することができ、研究や医療診断に役立てることができます。
通信用の量子構造光:
- 新規アプリケーション:構造化量子光フィールドを利用して、干渉や盗聴の影響を受けない安全で高帯域幅の通信チャネルを実現します。
- 仕組み:構造化光ビーム内の光子の量子状態を操作して、量子非複製定理により本質的に安全な方法で情報を運ぶことができます。これにより、光通信に革命が起こり、セキュリティとデータ整合性の新しい層が提供される可能性があります。
量子支援化学合成:
- 新規アプリケーション:量子シミュレーションを使用して化学反応の結果を高精度で予測および制御し、複雑な分子のより効率的な合成につながります。
- 仕組み:量子コンピューターは、反応中の原子と分子の量子力学的相互作用をシミュレートできるため、化学者は不要な副生成物を最小限に抑え、目的の化合物の収率を最大化する反応経路を設計できます。

これらの投機的アプリケーションは、量子力学の原理と現実世界を組み合わせたものです。

複雑な問題を量子状態にエンコードし、自然な量子の進化によって解決策を見つけることができるようにすることで、複雑な問題を解決することを目的としています。

データをエンコードできる既存のシステムを見つけるにはどうすればよいでしょうか?

純粋なフィクションに踏み込むのではなく、現実に実現される可能性のある現象に固執するという制約を考慮して、D-Wave が量子アニーリングを利用する方法と同様の方法で (仮説的に) 計算に利用できる可能性のあるいくつかの自然プロセスと現象を探ってみましょう。

量子もつれネットワーク:
- 自然現象:量子もつれは、各粒子の状態を他の粒子の状態から独立して説明できないような方法で粒子のペアまたはグループが相互作用する自然なプロセスです。
- 投機的応用:絡み合った粒子の広大なネットワークを使用して、自然に発生する計算基盤を作成できる可能性があります。絡み合った粒子の 1 つを操作すると、その相手に瞬時に影響を与え、因果関係に違反することなく利用できれば、超光速の情報処理が可能になる可能性があります。
光合成エネルギー移動:
- 自然現象:光合成には、非常に効率的な方法で励起子の複雑なネットワークを介したエネルギーの移動が含まれており、これには量子コヒーレンスが関与している可能性があることが示唆されている研究もあります。
- 投機的応用:光合成の量子的な側面を複製または拡張できれば、有機分子を使用して自然エネルギー伝達プロセスを通じて計算を実行するバイオ量子コンピューターが開発される可能性があります。
意識の神経相関:
- 自然現象:人間の脳は高度に並列的かつ効率的な方法で情報を処理しており、意識と思考の量子的な性質についての研究が進行中です。
- 投機的な応用:意識に量子要素があれば、脳の処理能力を模倣し、複雑な問題を解決するために自然に進化する量子システムの状態でデータをエンコードする量子ニューラルネットワークを作成できる可能性があります。
宇宙マイクロ波背景放射:
- 自然現象:宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) はビッグバンからの残光放射であり、宇宙の初期状態をコード化するパターンが含まれています。
- 投機的応用: CMB のゆらぎを自然な計算の一種として解釈できれば、基本的に宇宙自体を計算装置として使用して、データを初期宇宙の量子ゆらぎにエンコードし、CMB から結果を読み出すことが可能になるかもしれません。。
物質のトポロジカル相:
- 自然現象:特定の材料は、量子状態が材料のトポロジーによって保護され、局所的な外乱に対して堅牢であるトポロジカル相を示します。
- 投機的応用:これらの材料は、量子情報を自然に保護するトポロジカル量子コンピューターの作成に使用でき、材料の物理的特性により本質的にエラー耐性のある計算が可能になります。
量子の臨界度:
- 自然現象:量子臨界点は、物質がある状態から別の状態に移行する寸前にある相転移で発生し、量子ゆらぎが支配的になります。
- 投機的応用:量子臨界のシステムは、時間の経過とともに自然に進化する高感度の状態でデータをエンコードするために使用でき、臨界点付近でシステムを「調整」し、より低いエネルギーに進化させることで最適化問題を解決できる可能性があります。州。

自然に逆らうのではなく、自然と協力する

私たちは障壁を乗り越えようと努力してきました。

量子超越性への道には多くの障害があることがわかります。

しかし、私たちはこの問題に対して間違った方法で取り組んできました。

量子現象と戦わないでください。使ってください！

既存の量子システムを古典物理学に準拠させようとして攻撃しないでください。

そんなことは決して起こらないでしょう。

確かに、そんなことはあり得ません。

既存の量子現象を使用して情報をエンコードし、システムを実行します。

ターゲットに最も近い量子プロセスを見つけます。

システムを再作成し、必要な測定を実行するだけです。

従来のコンピューターを量子ビルディングブロックから構築しないでください。

難解な問題を現実世界の現象にコード化することで解決します。

時間の経過とともに観察してください。

精密なセンサーを使って研究する既存の現象がすでにある場合、量子レジスタ、メモリ、回路を作成することは意味がありません。

量子モデルには量子コンピューターを使用し、標準モデルには古典コンピューターを使用します。

私たちはこれに対して間違った方法で攻撃してきたと思います。

興味深い半分 - アプリケーション!

金融におけるポートフォリオの最適化:
- 量子プロセス:量子アニーリング。
- エンコード:金融資産とその相関関係は、基底状態が最適なポートフォリオを表す量子ハミルトニアンにエンコードされます。
- 進化と観察:量子システムは、特定のレベルのリスクに対して最大の期待収益をもつポートフォリオに対応する、最低のエネルギー状態を見つけるために進化します。
薬物分子の構成:
- 量子プロセス:量子シミュレーション。
- エンコーディング:潜在的な薬物の化学構造と生物学的標的との相互作用は、量子システムにエンコードされます。
- 進化と観察:システムはシュレーディンガー方程式に従って進化し、その結果得られる最低エネルギー状態の分子構成は、安定で潜在的に有効な薬物分子を示します。
トラフィックフローの最適化:
- 量子プロセス:量子アニーリングまたはゲートベースの量子最適化アルゴリズム。
- エンコーディング:交通状況、ルート、制約が量子システムにマッピングされ、考えられる各ルートが量子状態で表されます。
- 進化と観察:システムは自然に進化して、交通渋滞を最小限に抑える最適な構成を見つけます。これは、観察して交通管理システムに実装できます。
サプライチェーンマネジメント：
- 量子プロセス:量子アニーリング。
- エンコード:需要と供給の変数、物流上の制約、輸送コストが量子システムにエンコードされます。
- 進化と観察:量子システムは、サプライチェーン全体にわたるリソースの最も効率的な配分を特定し、コストを削減し、納期を短縮します。
タンパク質の折り畳み:
- 量子プロセス:量子シミュレーション。
- エンコーディング:タンパク質のアミノ酸配列とそれらの間の物理的な力は、量子システムにエンコードされます。
- 進化と観察:このシステムは、機能的に折りたたまれた状態に対応するタンパク質の最低エネルギー構造を見つけるために進化し、疾患の理解と治療法の開発に役立ちます。
材料科学の発見:
- 量子プロセス:量子シミュレーション。
- エンコード:原子構造と結合特性が量子システムにエンコードされます。
- 進化と観察:このシステムは、強度、導電性、超伝導性などの材料特性を明らかにするために進化し、新しい材料の発見につながる可能性があります。
気候モデリング:
- 量子プロセス:量子シミュレーション。
- エンコード:複雑な気候変数と方程式が量子システムにエンコードされます。
- 進化と観察:システムは気候パターンと変化をシミュレートするために進化し、天気と気候変動をより正確に予測します。
量子支援機械学習:
- 量子プロセス:量子機械学習アルゴリズム。
- エンコーディング:大規模なデータセットと学習モデルは量子システムにエンコードされます。
- 進化と観察:量子システムは、古典的なコンピューターよりもはるかに高速にデータを処理してパターンを特定したり、機械学習モデルを最適化したりします。
スケジュールと時間割:
- 量子プロセス:量子アニーリングまたはゲートベースの量子最適化アルゴリズム。
- エンコーディング:スケジューリングの制約とオプションは量子システムにエンコードされます。
- 進化と観察:システムは、競合を回避し、すべての制約を満たす最適なスケジュールを見つけるために進化します。これは、学校、製造業、イベントの計画に役立ちます。
量子考古学的解釈:
- 量子プロセス:量子パターン認識。
- 推測:古代の遺物で見つかった微視的な残留物を量子システムにエンコードして、歴史的な出来事や使用パターンを再構築し、古代文明についての新たな洞察を明らかにする可能性があります。
量子強化進化生物学:
- 量子プロセス:量子遺伝的アルゴリズム。
- 推測:生物学的進化における量子効果をシミュレーションして、地球上の生命の発達における量子現象の役割を理解し、進化と生命の起源のシナリオについてのより深い理解につながります。
量子地震学:
- 量子プロセス:量子センサーネットワーク。
- 推測:地殻の最も微妙な変化を検出できる量子センサーのネットワークを展開し、地質学的応力に対する絡み合った粒子の反応を測定することで、地震をより正確に予測できる可能性があります。
量子ブースト認知科学:
- 量子プロセス:量子ニューラルネットワーク。
- 推測:人間の脳の神経ネットワークを量子レベルでモデル化して意識と認知プロセスを調査し、精神的健康障害の理解における画期的な進歩につながる可能性があります。
量子大気再生:
- 量子プロセス:量子触媒作用。
- 推測:量子シミュレーションを使用して、温室効果ガスを無害または有用な化合物に効率的に変換し、気候変動と直接戦うことができる触媒を設計します。
量子言語の再構成:
- 量子プロセス:量子自然言語処理。
- 推測:言語パターンと古代文字を量子システムにエンコードして、失われた言語を再構築したり、未解読のテキストを解読したりして、人類の歴史に新たな窓を開きます。
量子宇宙論モデリング:
- 量子プロセス:重力場の量子シミュレーション。
- 推測:重力の量子的側面をシミュレートして、特異点付近の時空の挙動や初期宇宙の条件などの宇宙論をテストし、標準モデルを超えた新しい物理学につながる可能性があります。
量子芸術的共同創造:
- 量子プロセス:量子支援生成アルゴリズム。
- 推測:アーティストは量子アルゴリズムを使用して、美的原理を量子システムにエンコードすることで新しい形式の芸術を生成し、その結果、人間の創造性と量子のランダム性のブレンドを反映した作品が得られる可能性があります。
量子注入形而上学:
- 量子プロセス:量子哲学的アルゴリズム。
- 思索:形而上学的および哲学的な概念を量子システムにエンコードして、計算によって拡張された新しい視点から現実、存在、意識の性質を探求します。
量子夢の分析と合成:
- 量子プロセス:量子脳波解釈。
- 推測:睡眠中の脳活動に関連する量子状態をマッピングして解釈し、夢を分析します。さらに進むと、夢に影響を与えたり、夢を導いたりする可能性があり、メンタルヘルスの新しい治療法につながる可能性があります。

これらの投機的なアプリケーションは、科学と想像力を融合させ、量子コンピューティングで可能となる可能性の限界を押し広げます。 SF のように聞こえるかもしれませんが、それらは量子原理の新しい領域への拡張に根ざしており、量子システムの理解と制御が進歩すれば、いつか手の届くところにできるようになるかもしれません。

結論

このディスカッションが少なくとも皆さんに興味をそそられ、さまざまなレベルで深く考えるきっかけになったことを願っています。特にすでに量子コンピューティングに興味がある場合はそうです。私は、量子計算は定義上成功しないと心から信じています。一方、量子処理は、単に問題の定義と設計による答えに到達するだけなので、設計とアプリケーションにとって双方にとって有利です。

もちろん、この議論により、関係する多くの要素が単純化されました。私はコンピューターは設計上量子ではないと信じています。ただし、量子物理プロセスは可能です。問題を正しくマッピングできれば、旅の最初の曲がり角のあたりで答えが待っているかもしれません。

さらに、回路ベースの量子コンピューティングを使用してすでに多くの研究が行われています。

どうすればそれをすべて無視できますか?

単純。

業界に導入できるほど強力な、現在実現可能な量子力学の現実世界の応用例を 1 つ示してください。

ほぼすべての回路ベースの量子コンピューティングは、「さらなる材料研究とさらなる探求に依存している」。

楽観主義は素晴らしいです。

しかし、現実にならない夢は夢のままです。

しかし、私はおそらく完全に間違っているかもしれません。

神は私がこれらすべてを裏付ける学歴を持っていないことを知っています -

しかし、私は論理、思考、抽象化を信じています。

そしてそれは容赦なく私をこの結論に導きます。