2,133 讀數

量子计算已死——量子处理万岁！

经过 Thomas Cherickal20m2023/12/06

太長; 讀書

量子计算已死。我们不能违背物理的基本定律。但每个问题都存在漏洞。这是量子处理的超快速介绍！

内容概述

基于电路的门利用量子计算是有缺陷的！
量子计算和量子处理有什么区别？
创新理念
我们如何找到可以编码数据的现有系统？
顺应自然，而不是对抗自然
有趣的一半——应用程序！
结论

基于电路的门利用量子计算是有缺陷的！

我们正在为根本不同的系统使用古老的模型。有线门电路范式本质上是经典的，永远不会充分利用量子计算的真正潜力。

经典与量子范式：基于电路的量子计算门模型确实受到经典计算的启发，其中操作是通过操纵位的门顺序执行的。然而，量子计算是在量子位上运行的，量子位可以以状态叠加的形式存在，并且可以相互纠缠。通过试图迫使量子系统进入经典的“门”框架，我们限制了量子计算执行本质上量子且不存在经典模拟的任务的潜力！
。
量子相干和退相干：量子相干是量子计算所必需的脆弱状态。门模型需要通过一系列操作来维持多个量子位之间的相干性，随着量子位数量由于退相干而增加，这变得越来越困难。然而，自然量子过程，例如量子退火中使用的过程，可能对退相干更有弹性，因为它们被设计为利用量子系统的自然演化并在其内部工作。
纠错和容错：门模型需要复杂的纠错协议来管理和纠正由于量子退相干和其他量子噪声而发生的错误。这些协议可能会占用大量资源，并且可能无法很好地扩展。相比之下，将计算问题编码到自然量子过程中可能会实现内在的容错，因为这些过程对于某些类型的错误具有天然的鲁棒性。
自然量子过程的效率：自然量子过程，例如光合作用或某些材料在低温下的行为，可以表现出高效的信息传输。通过研究并可能模仿这些过程，我们可能会开发出比基于门模型的系统更高效的量子计算系统。
量子霸权和问题解决：量子霸权的概念表明量子计算机可以比经典计算机更快地解决某些问题。然而，门模型可能不是解决所有类型问题的最有效方法。通过利用自然量子过程，我们可能会找到更直接、更有效的方法来解决当前棘手的复杂问题。
了解量子力学：通过关注自然量子过程以及如何将它们用于计算，我们可以更深入地了解量子力学本身。这可能会带来更符合量子物理学基本原理的新量子算法和技术。

电路门模型向我们表明，我们不能像操作经典计算机那样操作量子计算机。获得 100 个相干稳定量子位变得非常具有挑战性，或者需要极其昂贵的研究级硬件。据我的解释，我们一直在以仅限于逻辑门的“计算”视角来处理量子计算，其中本质上是量子的更通用的计算形式和系统将产生更加优越的系统，这些系统可以生成完全新颖和不同的系统。结果，通过简单的时间演化。

我相信量子计算是有缺陷的——事实上，这是一条死胡同。我们需要看看量子处理

量子计算和量子处理有什么区别？

量子计算试图在量子硬件上模拟经典计算。当我们开始深入研究量子互联网、量子退相干和量子力学的基本规则时，这种非常根本的不匹配变得越来越明显。

量子处理涉及使用现有的量子系统并将其与对应用程序域进行建模的系统相匹配，而不是尝试做一些奇特的事情，而是让自然时间演化发挥作用。如果您可以在现有现象中对问题进行建模，那么就可以利用该模型来解决问题。

D-Wave 从一开始就很赚钱。

创新理念

用于认知计算的量子神经网络：
- 推测性应用：利用量子系统的并行处理能力来创建在量子水平上模仿人脑功能的神经网络。这些量子神经网络有可能以前所未有的速度处理信息和学习。
- 现实世界过程：通过将神经网络权重和偏差编码为量子态，我们可以利用量子系统的自然演化来执行复杂的模式识别任务，例如实时语言翻译或根据成像数据进行医学诊断。
量子辅助进化算法：
- 推测性应用：使用量子叠加和纠缠来同时表示和演化大量优化问题的解决方案。这可能会导致比经典进化算法更快地找到物流、资源管理甚至人工智能驱动设计的最佳解决方案。
- 现实世界流程：在运输物流中，量子进化算法可以将不同的路线选项编码为量子状态，并使用自然量子进化来快速识别最有效的路线，同时考虑交通、天气和送货窗口等所有变量。
量子环境监测：
- 推测性应用：开发量子传感器，利用纠缠以极高的精度监测全球范围内的环境变化。这些传感器可以检测大气成分、温度甚至濒危物种的运动的微小变化。
- 现实世界过程：部署在各种生态系统中的量子传感器可以提供有关气候变化影响的实时数据，从而可以立即应对环境危机或跟踪污染物的扩散。
量子增强药物发现：
- 推测性应用：利用量子模拟在量子水平上模拟药物与复杂生物系统的相互作用。通过更准确地预测化合物的功效和副作用，这可以大大加快药物发现过程。
- 现实世界过程：制药公司可以使用量子模拟来探索潜在药物分子的广阔空间，快速识别最有可能与特定蛋白质或 DNA 序列有效结合的候选药物。
量子考古学和古生物学：
- 推测性应用：应用量子成像技术通过重建与历史文物或化石相互作用的量子态来“看到”过去。这可以为这些材料的成分和结构提供新的见解，而不会损坏它们。
- 现实世界过程：考古学家可以使用非侵入性量子成像来分析陶器、骨头甚至古代文本的成分，揭示通过经典成像技术不可见的细节。
农业量子预测：
- 推测性应用：使用量子计算处理大量气候和土壤数据，以高精度预测天气模式、农作物产量和害虫爆发，帮助农民做出明智的决策，以最大限度地提高产量。
- 现实世界过程：量子计算机可以分析农业领域卫星、无人机和物联网设备的数据，以优化种植计划、灌溉和施肥，从而实现更可持续的农业实践。
量子编码语言学：
- 推测性应用：将人类语言的细微差别编码为量子态，以捕捉方言、习语和文化背景的微妙之处，从而在自然语言处理和机器翻译方面取得突破。
- 真实世界流程：这可用于实时翻译设备，不仅可以转换单词，还可以传达预期的语气、情感和文化参考，使国际交流更加无缝和准确。
量子艺术与设计：
- 推测性应用：利用量子随机性生成用于艺术和设计的独特图案、纹理和结构，创造出经典算法无法复制的作品。
- 现实世界过程：设计师和艺术家可以与量子系统合作，生产新颖的材料、时尚或互动艺术装置，以不可预测的方式响应观察者的存在。
量子增强随机预测：
- 新颖的应用：利用量子力学固有的概率性质来改进经济学、气象学和其他处理不确定性和复杂系统的领域的随机预测模型。
- 它是如何工作的：量子算法可以被设计为通过利用叠加来模拟无数可能的未来，提供结果的概率分布，从而可以为股市波动、天气模式甚至社会趋势提供更准确的预测。
量子全息数据存储：
- 新颖应用：以三维量子态存储数据，利用全息原理结合量子叠加，打造超高密度存储设备。
- 工作原理：通过将数据编码为量子态的相位和振幅，可以在几个纠缠粒子中存储大量信息。数据检索将涉及量子干涉模式，从而实现紧凑且极其高效的数据存储解决方案。
量子诱导相变材料：
- 新颖应用：开发可在量子水平上控制相（固、液、气）的材料，从而实现先进的制造工艺和智能材料。
- 工作原理：量子计算机可以控制材料内粒子的量子态以引发相变，而无需外部热量或压力。这可用于精密制造或制造可根据需要改变其特性的材料。
量子递归学习系统：
- 新颖的应用：构建可以通过使用量子计算探索指数级更大的算法和参数空间来递归改进自身的学习系统。
- 工作原理：量子递归系统将使用量子叠加来同时评估大量不同的学习方法和参数，快速收敛到人工智能开发和解决问题的最有效策略。
量子超材料：
- 新颖应用：设计具有可通过量子操纵动态改变特性的超材料，影响光学、声学和材料科学等领域。
- 工作原理：超材料中的量子态可以以这样一种方式纠缠在一起，即改变一种状态（通过激光脉冲或磁场）会改变材料的宏观特性，如折射率或弹性，从而产生控制光和声音的新方法。
量子生物标记和跟踪：
- 新颖的应用：使用量子态来标记单个细胞或分子，从而可以实时精确跟踪生物过程。
- 工作原理：量子标签可能以专门设计的量子点或分子的形式附着在细胞或蛋白质上。可以监测它们的量子态，以前所未有的精度跟踪这些生物实体的运动和相互作用，从而有助于研究和医学诊断。
用于通信的量子结构光：
- 新颖的应用：利用结构化量子光场来实现不受干扰和窃听的安全和高带宽通信通道。
- 它是如何工作的：由于量子不可克隆定理，可以操纵结构光束中光子的量子态以本质上安全的方式携带信息。这可能会彻底改变光通信，提供新的安全性和数据完整性。
量子辅助化学合成：
- 新颖的应用：使用量子模拟来高精度预测和控制化学反应的结果，从而更有效地合成复杂分子。
- 工作原理：量子计算机可以模拟反应过程中原子和分子的量子力学相互作用，使化学家能够设计反应途径，最大限度地减少不需要的副产物并最大限度地提高所需化合物的产量。

这些推测性应用将量子力学原理与现实世界相结合

过程，旨在通过将复杂问题编码为量子态并允许自然量子进化找到解决方案来解决复杂问题。

我们如何找到可以编码数据的现有系统？

考虑到不冒险进入纯虚构并坚持在现实生活中可以实现的现象的限制，让我们探索一些自然过程和现象，这些过程和现象可能以类似于 D-Wave 如何利用量子退火的方式用于计算（假设）：

量子纠缠网络：
- 自然现象：量子纠缠是一种自然过程，其中成对或成组的粒子相互作用，使得每个粒子的状态无法独立于其他粒子的状态进行描述。
- 推测性应用：巨大的纠缠粒子网络可用于创建自然发生的计算基底。对一个纠缠粒子的操纵将立即影响其伴侣，如果可以在不违反因果关系的情况下利用这种东西，则有可能实现比光速更快的信息处理。
光合能量转移：
- 自然现象：光合作用涉及通过复杂的激子网络以高效的方式转移能量，一些研究表明这可能涉及量子相干性。
- 推测性应用：如果光合作用的量子方面可以被复制或增强，人们可能会开发出一种生物量子计算机，它使用有机分子通过自然能量转移过程进行计算。
意识的神经关联：
- 自然现象：人脑以高度并行和高效的方式处理信息，并且对意识和思想的量子本质的研究正在进行中。
- 推测性应用：如果意识具有量子成分，那么就有可能创建一个模拟大脑处理能力的量子神经网络，以自然进化来解决复杂问题的量子系统状态编码数据。
宇宙微波背景辐射：
- 自然现象：宇宙微波背景（CMB）是大爆炸的余辉辐射，包含编码宇宙早期状态的模式。
- 推测性应用：如果人们能够将 CMB 中的涨落解释为一种自然计算形式，那么就有可能将数据编码到早期宇宙的量子涨落中，并从 CMB 中读出结果，本质上是将宇宙本身用作计算设备。
物质的拓扑相：
- 自然现象：某些材料表现出拓扑相，其中量子态受到材料拓扑的保护，并且对局部干扰具有鲁棒性。
- 推测性应用：这些材料可用于创建拓扑量子计算机，自然地保护量子信息，由于材料的物理特性，允许进行本质上防错的计算。
量子临界性：
- 自然现象：量子临界点发生在相变时，物质处于从一种状态转变为另一种状态的边缘，并且量子涨落占主导地位。
- 推测性应用：处于量子临界点的系统可用于对随时间自然演化的高度敏感状态的数据进行编码，有可能通过在其临界点附近“调整”系统并让它演化到较低能量来解决优化问题状态。

顺应自然，而不是对抗自然

我们一直在努力克服障碍。

我们在通往量子霸权的道路上看到了许多障碍。

但我们一直以错误的方式解决这个问题。

不要对抗量子现象。使用它们！

不要攻击现有的量子系统，试图使它们符合经典物理学。

那永远不会发生。

事实上，这不可能发生。

利用现有的量子现象来编码信息并让系统运行。

找到最接近您目标的量子过程。

只需重新创建系统并执行所需的测量即可。

不要用量子构建块构建传统计算机。

通过将棘手的问题编码为现实世界的现象来解决它们。

随着时间的推移观察它们。

如果我们已经有了可以用精确传感器研究的现有现象，那么创建量子寄存器、存储器和电路就没有意义。

使用量子计算机构建量子模型，使用经典计算机构建标准模型。

我相信我们一直在以错误的方式攻击这个问题。

有趣的一半——应用程序！

金融投资组合优化：
- 量子工艺：量子退火。
- 编码：金融资产及其相关性被编码成量子哈密顿量，其基态代表最佳投资组合。
- 演化和观察：量子系统不断演化以找到最低能量状态，该状态对应于给定风险水平下具有最大预期回报的投资组合。
药物分子构型：
- 量子过程：量子模拟。
- 编码：潜在药物的化学结构及其与生物靶标的相互作用被编码到量子系统中。
- 演化与观察：系统根据薛定谔方程演化，所得到的具有最低能量状态的分子构型表明是稳定且潜在有效的药物分子。
交通流优化：
- 量子过程：量子退火或基于门的量子优化算法。
- 编码：交通条件、路线和约束被映射到量子系统上，其中每个可能的路线都由量子状态表示。
- 进化和观察：系统自然地进化以找到最小化交通拥塞的最佳配置，这可以在交通管理系统中观察和实施。
供应链管理：
- 量子工艺：量子退火。
- 编码：供需变量、物流约束和运输成本被编码到量子系统中。
- 演变和观察：量子系统确定了整个供应链中最有效的资源分配，从而降低了成本并缩短了交付时间。
蛋白质折叠：
- 量子过程：量子模拟。
- 编码：蛋白质的氨基酸序列和它们之间的物理力被编码成量子系统。
- 进化和观察：系统进化以找到蛋白质的最低能量构象，这对应于其功能性折叠状态，有助于了解疾病和开发治疗方法。
材料科学发现：
- 量子过程：量子模拟。
- 编码：原子结构和键合特征被编码到量子系统中。
- 演化和观察：系统的演化揭示了强度、导电性或超导性等材料特性，这可能导致新材料的发现。
气候建模：
- 量子过程：量子模拟。
- 编码：复杂的气候变量和方程被编码到量子系统中。
- 演化和观测：系统不断演化以模拟气候模式和变化，为天气和气候变化提供更准确的预测。
量子辅助机器学习：
- 量子过程：量子机器学习算法。
- 编码：大型数据集和学习模型被编码到量子系统中。
- 进化和观察：量子系统处理数据以识别模式或优化机器学习模型的速度比经典计算机快得多。
日程安排和时间表：
- 量子过程：量子退火或基于门的量子优化算法。
- 编码：调度约束和选项被编码到量子系统中。
- 演化和观察：系统不断演化以找到最佳时间表，避免冲突并满足所有约束，这在学校、制造和活动规划中很有用。
量子考古解读：
- 量子过程：量子模式识别。
- 推测：将古代文物上发现的微观残留物编码到量子系统中，以重建历史事件或使用模式，有可能揭示对古代文明的新见解。
量子增强进化生物学：
- 量子过程：量子遗传算法。
- 推测：模拟生物进化中的量子效应，以了解量子现象在地球生命发展中的作用，从而更深入地了解进化和生命起源场景。
量子地震学：
- 量子过程：量子传感器网络。
- 推测：部署能够检测地壳最细微变化的量子传感器网络，通过测量纠缠粒子对地质应力的响应，有可能更准确地预测地震。
量子增强认知科学：
- 量子过程：量子神经网络。
- 推测：在量子水平上模拟人脑的神经网络，以探索意识和认知过程，可能会在理解心理健康障碍方面带来突破。
量子大气回收：
- 量子过程：量子催化。
- 推测：利用量子模拟设计催化剂，可以有效地将温室气体转化为无害甚至有用的化合物，直接应对气候变化。
量子语言重建：
- 量子过程：量子自然语言处理。
- 推测：将语言模式和古代文字编码到量子系统中，以重建失落的语言或破译未破译的文本，打开了解人类历史的新窗口。
量子宇宙学模型：
- 量子过程：引力场的量子模拟。
- 推测：模拟引力的量子方面来测试宇宙学理论，例如奇点附近的时空行为或早期宇宙的条件，可能会导致超出标准模型的新物理学。
量子艺术共创：
- 量子过程：量子辅助生成算法。
- 推测：艺术家可以使用量子算法将美学原理编码到量子系统中，从而产生新的艺术形式，从而产生反映人类创造力和量子随机性融合的创作。
注入量子的形而上学：
- 量子过程：量子哲学算法。
- 推测：将形而上学和哲学概念编码到量子系统中，从计算增强的新角度探索现实、存在和意识的本质。
量子梦分析与综合：
- 量子过程：量子脑电波解释。
- 推测：绘制和解释与睡眠期间大脑活动相关的量子态以分析梦。更进一步说，它可能会影响或引导梦，从而带来新的心理健康治疗方法。