反对量子计算机的争论–简短介绍

今天，我将简要解释关于量子计算机的理论中的主要论点。在本文中，我将使用术语HQCA（``巨大的量子计算优势''）代替Google使用的``量子优势''和IBM和九章玻色子采样小组使用的``量子优势''。在我们转到该帖子的主题之前，这里有两个相关的更新。

主要来自中国合肥的中国科学技术大学的一组研究人员声称，使用了用于“玻色子采样”的光子装置九丈，实现了惊人的量子计算优势。现在看来，我的论文高斯噪声敏感性和盖伊·金德勒的BosonSampling中的k级近似值将“欺骗”这些主张，即将显示一种在数字计算机上给出相似保真度样本的有效方法。 （还有其他相关的欺骗方法，主要是Jelmer Renema提出的，并且Jelmer的近似值与我们的方法之间存在有趣的联系。SergioBoixo，John Martinis和其他研究人员也对新的HQCA索赔提出了担忧。）显然，可能需要数周或数月的时间才能进一步阐明，鉴于Kindler和我的2014年结果，声称在200秒内实现采样需要在当前超级计算机上进行数百万个计算年的说法是没有根据的。

有关更多详细信息，请参阅我有关HQCA玻色子采样实验的最新帖子，以及Scott Aaronson的最新帖子。

让我提及，斯科特·亚伦森（Scott Aaronson）最近的帖子向我道出了以下道歉，我很高兴地道歉：

许多同事告诉我，他们认为实验性的BosonSampling是死胡同，这是因为光子损失以及同步50-100个单光子源的难度极大。他们说，令人信服的量子至上论证将必须等待量子容错的到来，或者无论如何，某些硬件平台要比光子学更强大。我一直同意他们可能是正确的。 —

我关于为什么所有尝试通过NISQ系统达到HQCA以及量子错误校正都会失败的论点基于两个主张。

A）“令人信服的HQCA演示必须等待量子容错的到来”

B）量子容错所需的量子纠错码所需的误码率甚至低于HQCA所需的误码率。

如果权利要求A）和B）都正确，那么就不可能通过NISQ系统达到HQCA以及高质量的量子纠错。在这种情况下，所有尝试达到HQCA以及通过NISQ系统进行量子错误校正的尝试都将失败。

正如斯科特·亚伦森（Scott Aaronson）自己断言的那样，量子计算界中的许多人都同意（或曾经同意）主张A）。对于索赔B）也有广泛的共识和实验证据。但是，很少有人看到要求A）和B）的逻辑结果。

我们需要根据理论依据提出索赔A。实际上，它基于NISQ系统的计算能力的计算复杂性断言，以及渐近陈述与中间规模系统行为之间的关系的启发式原理（``自然性''）。

我与Guy Kindler的合作表明，对于恒定的噪声水平，NISQ系统表现出非常低的计算能力，我们称之为LDP。 （我们专门研究了BosonSampling，但论点有所扩展。）

当您将理论与实践联系起来时，自然性原理就很常见：例如，当Scott Aaronson和Sam Gunn争辩说，对于数字计算机来说，``欺骗''53个量子比特的Google统计测试可能非常困难，他们从渐近洞察力到中等规模系统的硬度见解。

有几个事实使索赔A的论点更强。让我提到一个：我们已经提到，对于恒定的噪声水平，NISQ系统表示非常低的计算能力。我们的工作还断言，对于各种较低水平的噪声，基于NISQ系统的采样的经验分布将对噪声非常敏感：我们可以预期非平稳甚至混乱的经验结果。凭经验测试这是一件好事！

这是一个美丽的难题。描述NISQ系统功能的非常低的计算复杂度类别确实支持经典纠错的非常基本的形式。这就是可能提供可靠的经典信息的原因，因此我可以写这篇文章供您阅读。 （另请参阅2017年的卡通帖子）

拓扑量子计算是非常稳定的量子量子位和量子计算的替代路径。接受权利要求A）和B）并不直接暗示拓扑量子计算将失败，但是有充分的理由证明该论点确实有所扩展。

有两篇文章声称是这样！其中一篇描述美国梧桐随机电路采样实验的文章发表于2019年《自然》杂志上，另一篇描述九章玻色子采样实验的文章发表于2020年《科学》杂志。我发现这两种说法都没有说服力。

肯定会想到的一个问题是，即使不实现计算优势，以九章为代表的技术进步以及以美国梧桐为代表的早期技术以及其他超导和离子俘获的NISQ系统是否也可以拥有科技成果。

如果我的理论是正确的，这特别有趣，但如果我的理论不正确，这也很有趣。

反对量子计算机的论点，《量子，概率，逻辑：Itamar Pitowsky的著作和影响》（M. Hemmo和O. Shenker编辑），第399-422页，Springer，2019年。（第3.5节指的是拓扑量子计算。）

盖伊·金德勒（Guy Kindler）和我在2014年发表的一篇论文中对玻色子采样技术进行了研究。我们对玻色子采样的研究为理解一般NISQ系统提供了基础。

反对量子计算机，自然量子定律和Google的至高无上的论据，《洲际学术界法则：刚性与动力学》（M. J. Hannon和E. Z. Rabinovici编辑），世界科学杂志，2020年。arXiv：2008.05188。

秀丽隐杆线虫或简称秀丽隐杆线虫是一种自由生存的round虫，其生物学研究为更复杂的生物提供了很多亮点。在我的Itamar Pitowsky纪念卷中的论文中，我将BosonSampling视为量子计算的秀丽线虫。对于该模型，量子计算的几个技术和概念方面变得越来越清晰。

约翰·普里斯基尔（John Preskill）的术语“量子至上”是有问题的，因为“至上”（例如“国王的至上”）一词通常是指整个领域的优势或支配地位，而量子计算并非如此。就其内涵而言，这也是不幸的。我同意Preskill的观点，即“优势”太弱了，例如当声称新的玻色子采样实验可以在200秒内达到普通超级计算机要花费数百万年的时间时，这不仅是“优势”。这就是为什么我提出“巨大的量子计算优势”（HQCA）的原因。