是什么让量子计算如此难以解释？

Quantum Computers，您可能已经听过，是神奇的超级机器，通过尝试不同平行宇宙中的所有可能的答案，即可很快治愈癌症和全球变暖。 15年来，在我的博客和其他地方，我已经探索了这种漫画的愿景，试图解释我认为是子专题的看法，但具有讽刺意味的是更加迷人的真理。我将这作为公共服务，几乎是我作为量子计算研究员的道德义务。唉，工作感觉Sisyphean：克林特斯特比夸张的炒作多年来才会增加，因为公司和政府已经投入了数十亿美元，因为该技术已经进入了可编程的50个Qubit设备（在某些学生的基准上）真的可以给予世界上最大的超级计算机队的钱。就像在加密货币，机器学习和其他时尚领域一样，有钱的人来了。

然而，在反思的时刻，我得到它。现实情况是，即使你删除了所有不良激励和贪婪，难度计算仍然很难在没有数学的情况下短暂和诚实地解释。随着量子计算先锋特理查德Feynman曾经说过赢得诺贝尔奖的量子电动力学工作，如果有可能在几句话中描述它，那么它就不值得诺贝尔奖。

不是那个停止了人们的尝试。自从1994年发现的彼得怪物以来，量子计算机可以破坏大部分加密，这些加密可以保护在互联网上的交易，对技术的兴奋是不仅仅是智力的好奇心。实际上，该领域的发展通常会被涵盖为业务或技术故事而不是科学。

如果业务或技术记者可以如实地告诉读者，“看上去，就会有这种情况，就会有这么多的引擎盖上的所有深刻的东西，而是你需要了解的是底线：物理学家正处于建立更快的计算机的边缘彻底改变一切。“

是的，他们可能有一天可以在几分钟内解决一些特定问题（我们认为）比古典计算机上的宇宙年龄更长。但是，大多数专家认为量子电脑只能谦虚地帮助，许多其他重要问题此外，虽然谷歌和其他人最近使他们达到了衡量的量子加速度，但这只是针对特定的，宇宙的基准（我帮助发展的那些）。一个大量的计算机，足以在实际应用中以足够优于经典的应用，如破坏加密码和模拟化学可能仍然很长的路。

但是只有一些问题的可编程计算机如何更快？我们知道哪些？在这种背景下，“大而可靠”量子计算机甚至是什么意思？回答这些问题，我们必须进入深厚的东西。

让我们从量子力学开始。 （可能更深的是什么？）叠加的概念难以在日常单词中渲染。所以，令人惊讶的是，许多作家选择了一种简单的方式：他们说叠加意味着“同时”，使得量子位或qubit，只是一个可以是一个可以是“同时的0和1” ，“虽然古典位只能是一个或另一个。他们继续说Quantum计算机将通过使用Qubits来达到其级别的所有可能的解决方案 - 即同时或并行。

这就是我认为是Quantum Computing普及的基本缺陷，这是一个导致所有其余的误操作。从这里，它只是Quantum Computers快速解决旅行销售人员问题的短暂跳跃，通过尝试所有可能的答案，几乎所有专家都认为他们无法做到。

对于计算机有用的是，在某些时候，您需要查看它并读取输出。但是，如果您看出所有可能答案的平等叠加，则量子力学规则表示您只需看到并阅读随机答案。如果这就是你想要的，你就可以自己挑选一个。

什么叠加真的意味着“复杂的线性组合”。在这里，我们的意思是“复杂”不是在“复杂”的意义上，而是在一个真实加上一个假想的数字的意义上，而“线性组合”意味着我们加入不同的不同倍数。因此，一个Qubit是一个具有称为幅度的复数，其具有所附的幅度，并且附加到它的可能性的不同幅度与其有1.这些幅度与概率密切相关，从而进一步一些结果的幅度从零来看，看到结果的可能性越大;更确切地说，概率等于距离平方。

但幅度不是概率。他们遵循不同的规则。例如，如果对幅度的一些贡献是肯定的，并且其他贡献是否定的，则贡献可能会破坏性地干扰并互相互相互相干扰，从而振幅为零，从未观察到相应的结果;同样，它们可以建设性地干扰给定结果的可能性。设计用于量子计算机算法的目标是编排一种建设性和破坏性干扰的模式，使得对于每个错误的答案，对其幅度的贡献相互抵消，而对于正确的答案，贡献彼此加强。如果，只有，您可以安排，当您查看时，您会看到正确的概率。棘手的部分是在不提前了解答案的情况下这样做，而且比你可以用经典电脑做到这一点。

二十七年前，Shor展示了如何为要点整数的问题做出这一切，这破坏了广泛使用的在线商务潜在的加密代码。我们现在也知道如何为其他一些问题做到这一点，但只能通过利用这些问题中的特殊数学结构。这不仅仅是尝试所有可能的答案的问题。

复杂的困难是，如果你想诚实地谈论量子计算，那么你还需要理论计算机科学的概念词汇。我经常被问到量子计算机比今天的计算机更快的次数。一百万次？十亿？

这个问题错过了量子计算机的点，这是实现更好的“缩放行为”或作为n的函数的运行时间，输入数据的比特数。这可能意味着在最佳经典算法需要多个步骤中呈现与n呈指数增长的几个步骤，并且使用仅在这种情况下长期增长的步骤来解决它，用于小n，解决问题量子计算机实际上将比经典求解它更慢，更昂贵。它只是Q Qual Speedup首次出现，然后最终占主导地位。

但我们如何知道没有经典的快捷方式 - 一种传统的算法，它对量子算法具有类似的缩放行为？虽然通常在流行的账户中被忽略，但这个问题是量子算法研究的核心，在那里往往的难度不是那么多，证明量子计算机可以快速做点，但令人信服地争论古典计算机不能。唉，事实证明很难证明问题很难，如着名的P与NP问题所示（大致，粗略地，是否可以快速解决快速检查解决方案的每个问题）。这不仅仅是一个学术问题，我的溺爱了：在过去的几十年里，当发现具有类似性能的经典算法时，猜测量子加速已经反复消失。

请注意，在解释所有此之后，我仍然没有说过关于建立量子计算机的实际难度的词。在一个单词中，问题是转移，这意味着量子计算机及其环境之间的不需要的交互 - 附近的电场，温暖的物体和可以记录有关贵族信息的其他东西。这可能导致Qubits的早期“测量”，这将它们坍塌到古典比特，绝对是0或肯定1.该问题的唯一已知解决方案是量子纠错：一个方案，在20世纪90年代中期提出，这巧妙地将量子计算的每个Qubit编码为数十个或甚至数千个物理额度的集体状态。但研究人员现在只开始在现实世界中进行这种错误纠正工作，实际上将其使用需要更长的时间。当您阅读有50或60个物理QUBITS的最新实验时，重要的是要明白QUBITS没有错误纠正。直到他们，我们不希望能够扩展超过几百夸张。

一旦有人理解这些概念，我会说他们准备开始阅读 - 或者甚至可以写作 - 一篇关于量子计算最新索赔的文章。他们知道在不断努力中询问哪些问题，以区分现实。了解这款东西真的是可能的 - 毕竟它不是火箭科学;这只是量子计算！