关于量子计算机的前景的疑问
可能是杞人忧天了。
会不会每增加一个qubit，就像经典计算机内存扩大一倍那样困难？或者说制造量子计算机的技术难度和其qubit数量的指数相当？
为了保持一个量子系统的相干性，需要将这个体系在一段时间内和外界完全隔离，使该体系在一段时间内是孤立的。这一点非常难以做到。在量子尺度上，我们可以做Schrodinger猫的试验。但是随着被试验对象的增大，隔离被试验对象变得越来越困难。将一只宏观的Schrodinger猫隔离足够长的时间以至于能够完成那个残忍的试验，有可能把装猫的箱子封得严严实实扔到月亮那么远都做不到。
例如如果使一个qubit单元在1ns时间内与外界完全隔离的成功概率只有1/2，那么10个qubit单元在1ns时间内与外界隔离的成功概率就变成了1/1024。或者说想要让10个qubit只有在0.1ns之内成功与外界隔离的概率才能达到1/2。当然，我这种计算可能毫无根据，但根据我对量子力学的了解，似乎量子试验的难度跟量子体系体系尺寸确实有类似的关系。
如果真的是这样，Moore定律对于量子计算机可能就变成了：每18个月就增加一个qubit。
而量子计算机对于现代密码学的威胁也就没有那么严重了，现代密码学也不会因为量子计算机的出现而消亡。
希望大家拍砖
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Shunya  发表文章数: 21
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 科学＝＝追寻一致性
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yinzhangqi  发表文章数: 174
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量子纠错理论基本上解决了这个问题。退相干实际上就导致了量子计算的错误。
量子纠错理论给出一个错误率的临界值，小于这个值的错误都可以通过纠错的办法来修正。 I have known more people whose lives have been ruined by getting a Ph.D. in physics than by drugs.
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Shunya 发表文章数: 21
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各位老大呀，我实际上是想询问量子物理原理对量子计算机工程实现的可能限制，因此这个帖子放在图灵塔不合适吧？图灵塔里面并没有讨论量子计算机的帖子啊？
我关心的问题是，防止退相干的困难程度是否会和量子体系的规模的指数成正比，准确一点说如果其他条件不变，在一定时间内保持n个量子单元之间的成功概率与n成负指数关系。我这个估计是出于这样一个假定（不知道是否合理）：每个量子单元在给定时间段内受到外界干扰而导致退相干的概率近似可以看成独立的。 如果这个假定合理，那么增大量子计算机的规模的难度就和规模的指数成正比了，而计算能力提升可能仍然无法突破Moore定律的限制（原则上）。例如，随着技术的提升，我们只能每隔一段时间增加一个qubit，却不能每隔一段时间把qubit数量翻倍。如果无法突破Moore定律的限制，那么量子计算机对现代密码学的威胁就不再是致命的了。 科学＝＝追寻一致性
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yinzhangqi 发表文章数: 174
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关于量子纠缠，量子容错计算，我并不是很清楚细节。
其实物理学家也提出了新的物理系统，拓补量子计算，具有内禀抵抗出错的特性。 当然还只是理论上的，实验上正在往这个方向努力。 另外，量子计算的计算能力强并不是因为qubit多，而是因为量子物理本身运动的规律与经典物理就不同。至于纠错的复杂性，也有许多人研究，提出更加高效的纠错机制。但是理论上这个问题是被解决了的。 我知道，实验上还有极大的困难，所以才值得我们去研究。至于工程，现在连实验室里面都没有实用的量子计算机出现，工程上就更谈不上了。 I have known more people whose lives have been ruined by getting a Ph.D. in physics than by drugs.
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Shunya 发表文章数: 21
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yinzhangqi兄啊，您可能并没有真正理解我的问题。
量子纠错理论确实可以解决退相干的问题，但我的问题是，如果利用量子纠错技术，是否可以做到随着技术的提升，在量子计算机商用化之后，每隔一段时间（不一定是Moore定律的18个月）量子计算机的qubit数量就可以翻番么？ 现代的量子计算机，在技术不提升的情况下，存贮容量的提升和成本的提升之间的关系是线性的。而在技术提升的情况下，同样成本下制造出来的存贮容量随着时间（近似按照Moore定律）以指数提升。但是对于量子计算机，即便使用了量子纠错技术，在技术不提升的情况下，其成本随着相干的qubit数量的增加成指数形式增加，同样成本下制造出来的计算机的qubit数量随着时间以线性增加，那么量子计算机对于人类计算能力的冲击可能就不算是特别巨大的。Moore定律说不定可以就此修改为：计算机的计算能力随着时间以指数形式提升。 在这种情况下，量子计算机对现代密码学的冲击也就不大了。 科学＝＝追寻一致性
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Shunya 发表文章数: 21
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另外，量子计算的计算能力强并不是因为qubit多，而是因为量子物理本身运动的规律与经典物理就不同。至于纠错的复杂性，也有许多人研究，提出更加高效的纠错机制。但是理论上这个问题是被解决了的。
－－－－ 我了解这一点，量子计算机强大当然不是因为qubit可以比现代计算机的bit多。而是因为量子态的叠加性。量子计算机的计算能力在某种意义上说和qubit数量的指数成正比。 我知道，实验上还有极大的困难，所以才值得我们去研究。至于工程，现在连实验室里面都没有实用的量子计算机出现，工程上就更谈不上了。 －－－－ 我了解这一点，我其实并不关心工程应用的细节。只不过我怀疑我们高估了量子计算技术可能的冲击。例如，许多文章声称量子计算机将轻易破解类似RSA、ECC以及许多对称加密算法，导致现代密码学消亡。因为破解这些算法所需的单元数量和算法的密钥尺寸是多项式关系，而现代的计算机却成指数关系。如果我的疑虑是真的，那么实际上量子计算机对这些密码算法的威胁只不过和现代计算机速度提升带来的威胁类似。 科学＝＝追寻一致性
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yinzhangqi 发表文章数: 174
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你也许不理解量子计算机与经典计算机的区别。
对量子计算机来说，其计算与存储能力是随着qubit数目而成指数增长的。因此，即使量子计算机的qubit数只能随着时间线性增长，起运算能力也是在指数递增的。 另外，对经典计算机来说，moore定律现在已经失效了。因为集成电路的线度已经达到了纳米尺度，需要用量子力学来处理，原有的技术已经失效了。 I have known more people whose lives have been ruined by getting a Ph.D. in physics than by drugs.
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Shunya 发表文章数: 21
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你也许不理解量子计算机与经典计算机的区别。
对量子计算机来说，其计算与存储能力是随着qubit数目而成指数增长的。因此，即使量子计算机的qubit数只能随着时间线性增长，起运算能力也是在指数递增的。 －－－－ yinzhangqi兄，你显然误解了我的意思，我当然知道这一点。请看我前一帖的讨论。 科学＝＝追寻一致性
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Shunya 发表文章数: 21
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另外，对经典计算机来说，moore定律现在已经失效了。因为集成电路的线度已经达到了纳米尺度，需要用量子力学来处理，原有的技术已经失效了。
－－－－ 我并没强调Moore定律永不失效，而是说由于量子计算机的规模可能只能随着技术的进步随时间线性增长，而其计算能力则成指数增长，这样就和Moore定律有效的阶段现代电子计算机的计算能力的提升一样了。对于现代计算机，Moore定律没有失效的时候其计算能力就是随着时间指数增长的。但是计算能力随着时间指数增长对于密码算法是没有冲击的。除非计算能力随着时间的“指数的指数”而增长，才会导致现代密码学失去意义。例如，如果量子计算机的qubit数量随着时间以指数增长，那么量子计算机的计算能力就会随着时间以“指数的指数”增长。但是看来这似乎有原则上的困难。 科学＝＝追寻一致性
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yinzhangqi 发表文章数: 174
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我懂为什么计算能力要指数的指数增长，密码学才失去了意义。
另外，是否退相干就一定随着量子计算机的大小成指数增长，现在还不能确定。因为人们提出了一些很有意思的新方案，其退相干完全可以忽略。 I have known more people whose lives have been ruined by getting a Ph.D. in physics than by drugs.
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Shunya 发表文章数: 21
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另外，是否退相干就一定随着量子计算机的大小成指数增长，现在还不能确定。因为人们提出了一些很有意思的新方案，其退相干完全可以忽略。
－－－－ 对对，我想要知道，这样的方案是否存在。毕竟量子计算机的威力来自于态的相干叠加，并不能象简单地把一些独立无关的qubit放在一起。要是真的有这样的方案，那么量子计算机的前景就激动人心啦。 但是反过来，如果有这样的方案，随着技术的发展，我们是否也可能在不太久的将来让宏观物体进入相干叠加态呢？ 科学＝＝追寻一致性
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yinzhangqi 发表文章数: 174
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理论上有这个方案存在。
见这里：http://www.theory.caltech.edu/~preskill/ph219/topological.ps I have known more people whose lives have been ruined by getting a Ph.D. in physics than by drugs.
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星空浩淼 发表文章数: 799
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你们两个讨论了一个好话题，虽然能够参与讨论的可能暂时不多。
在量子比特的实现方面，不知道通过量子隧穿产生二能级系统的办法，使用得多不多？ 即一个等价双态系统，由于二者之间存在量子隧穿而产生相干叠加，导致二能级分裂产生。 一个量子的二能级系统应该是实现量子比特的方案之一吧？ One may view the world with the p-eye and one may view it with the q-eye but if one opens both eyes simultaneously then one gets crazy
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星空浩淼 发表文章数: 799
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历史上，的确有那种理论上行得通而技术上难以实现的东西，最终搁浅。例如，自由电子激光技术，曾经火红一时，现在几乎无人问津；还有电磁炮弹，也不了了之。
One may view the world with the p-eye and one may view it with the q-eye but if one opens both eyes simultaneously then one gets crazy
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yinzhangqi 发表文章数: 174
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理论上凡是二能级系统都可以做量子计算。
比如量子点，超导固体器件里面的约瑟夫森节，量子阱，等等都可以作为人工原子。 不过目前这些人工原子系统的退相干还是太厉害，很测量，控制。 I have known more people whose lives have been ruined by getting a Ph.D. in physics than by drugs.
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