量子超越性の説明

私たちの日常の経験では、世界は 100% 測定可能で、決定論的であり、観察者から独立しています。 ガラスは、いつ測定したり観察したりしても、割れていない状態でテーブルの上にあるか、粉々になった状態で床に置かれているかのどちらかです。 バッグの中の 3 つのビー玉は、赤、緑、青に明確に色付けされており、そのバッグをどのように振っても、どれだけ長く振っても、赤いビー玉は赤のまま、緑のビー玉は緑のまま、青いビー玉は青のままです。 そして、ずっと前にどういうわけかナイトスタンドに落ちたその四半期を見てみると、それは常に「表」または「裏」のどちらかが上を向いているかのように動作し、表と裏の一部が同時に同時にあるかのように動作することは決してありません。

しかし、量子宇宙では、これは必ずしも当てはまりません。 観測されないままの放射性原子は、その重要な測定が行われるまで、「崩壊」状態と「非崩壊」状態が重なった状態で存在します。 陽子を構成する 3 つの価電子クォークは、測定するたびに決定的な色を示す可能性がありますが、観察される正確な色は時間の経過とともに一定ではないことが保証されています。 そして、多くの電子を一度に 1 つずつ二重スリットを通して発射し、どのスリットを通過するかを測定しなかった場合、表示されるパターンは、各電子が両方のスリットを同時に通過したことを示します。

古典システムと量子システムの間のこの違いは、科学革命と技術革命の両方をもたらしました。 最近登場したばかりの分野の 1 つが量子コンピューティングです。量子コンピューティングには量子超越性という魅力的な概念がありますが、同時に大量の疑わしい主張や誤った情報も生み出しています。 ここでは、事実とフィクションを区別するのに役立つ、量子超越性と量子コンピューターの現状について説明します。

おそらく皆さんがよく知っている概念、つまり古典的コンピューターとしても知られる日常的なコンピューターの概念から始めましょう。 計算機や装置は 20 世紀よりずっと前から存在していましたが、現在チューリング マシンとして知られているものの形をした古典的なコンピューターの現代的なアイデアを与えたのは、アラン チューリングでした。

チューリング マシンの単純なバージョンでは、任意のタイプの情報をビット、またはバイナリ (オプションが 2 つだけ) コンポーネントにエンコードできます。たとえば、0 と 1 で表すことができます。 その後、これらのビットに一連の連続演算 (たとえば、「AND」、「OR」、「NOT」などの演算) を適切な順序で適用して、以前に行ったあらゆる種類の任意の計算を実行できます。心。

これらの計算の中には、エンコードが容易で、コンピューターによる実行が容易なものもあります。それらは、少数のビット、少数の演算のみを必要とし、すべてを計算するのに非常に短時間で済みます。 コーディングが難しく、コンピュータが実行するのに計算コストがかかり、潜在的に大量のビット、多数の演算、および長い計算時間を必要とするものもあります。 ただし、希望する計算に関係なく、あらゆる計算タスクを正常に実行するためのアルゴリズムまたは方法を設計できれば、それを古典的なコンピューターにプログラムすることができます。 最終的には、十分な時間があれば、コンピュータはプログラムを完了し、結果を提供します。

ただし、先ほど説明したこのタイプの「古典的コンピューター」 (古典的なビットと古典的な演算のみで動作する) と、後者が何十年もの間純粋に理論的な構成物であった「量子コンピューター」との間には根本的な違いがあります。 量子コンピューターは、測定方法や測定の有無に関係なく、例外なく常に「0」または「1」であることが知られている状態にある通常のビットの代わりに、量子ビット、または量子ビットとして知られるものを使用します。ビットのアナログ。

量子ビットは、古典的なビットが取り得るのと同じ値 (この場合は「0」または「1」) を取ることができますが、「0」と「1」を同時に重ね合わせた中間状態に存在するなどのこともできます。 完全に 100% の「0」と完全に 100% の「1」の間の、合計で 100% になる量の中間になる可能性があり、量子ビットが持つ「0」の量と「1」の量は、量子ビットに対して実行された操作の結果と、単純な時間発展の両方によって変化します。