¿Existen algoritmos que solo puedan ser calculados por una computadora cuántica?

La existencia de algoritmos que solo una computadora cuántica puede resolver es un tema de disputa. Antes de revisar la web, mi respuesta habría sido una computadora clásica que satisficiera la integridad de Turing utilizando bits, la arquitectura von Neumann y las puertas clásicas (AND, OR, NOR, XOR, etc.) pueden emular una computadora cuántica y ejecutar sus algoritmos. El problema es solo cuánto tiempo lleva una solución de este tipo. Una revisión rápida de la web reveló una contra opinión opuesta:

[quant-ph / 0111063v2] Una reformulación del décimo problema de Hilbert a través de la Mecánica Cuántica (artículo de TT Kieu) “Un algoritmo cuántico para el décimo problema de Hilbert, que es equivalente al problema de detención de Turing y se sabe que es matemáticamente no computable, es propuso dónde se emplean variables cuánticas continuas y evolución adiabática cuántica. Si este algoritmo pudiera implementarse físicamente, tanto como sea válido en principio, es decir, si cierto hamiltoniano y su estado fundamental pueden construirse físicamente de acuerdo con la propuesta, computabilidad cuántica superaría la computabilidad clásica como lo delimita la tesis de la Iglesia-Turing. Por lo tanto, se argumenta que la computabilidad, y con ella los límites de las Matemáticas, debe determinarse no solo por las Matemáticas en sí sino también por los Principios Físicos “.

y su refutación : https://arxiv.org/ftp/quant-ph/p… ¿Puede la computación cuántica resolver problemas clásicos insolubles? por Andrew Hodges de Oxford. “TD Kieu ha afirmado que un procedimiento de computación cuántica puede resolver un problema clásico insoluble. El trabajo reciente de WD Smith ha demostrado que la afirmación matemática central de Kieu no puede sostenerse. Aquí, se hace una crítica más general de la propuesta de Kieu y se hacen algunas sugerencias sobre la tesis de la Iglesia-Turing “.

A medida que se formula la pregunta: cualquier algoritmo se puede emular en una computadora cuántica. El algoritmo se ejecutará. A menos que Google no nos haya dicho algo, su Quantum Computing Playground es una computadora clásica. Sin embargo, no todos los algoritmos se detienen. Problema de detención Esto puede suceder si la computadora es cuántica o clásica. Otros algoritmos necesitan tiempos de ejecución exponencialmente más largos para completarse. NP (complejidad) A menos que se aplique algún límite superior arbitrario en el tiempo de ejecución, el factor tiempo es irrelevante en cuanto a si el algoritmo se puede calcular.

Muchos, de hecho, por eso los queremos tanto. Mucha gente piensa que las computadoras cuánticas simplemente serán ‘más rápidas’, pero eso no es realmente cierto. No necesariamente serán más rápidos en el sentido de que llegarán a una solución de la misma manera que lo haría una computadora clásica, solo que más rápido. En cambio, llegarán a una solución utilizando algoritmos fundamentalmente más eficientes, es decir, algoritmos que se escalan mejor con la complejidad del problema.

Digamos, por ejemplo, que desea encontrar algo en una lista sin ordenar. Esto lleva tiempo [matemático] O (n) [/ matemático] en una computadora clásica (en promedio, tendrá que revisar la mitad de la lista). Claro, puede construir una computadora que sea dos veces más rápida y, por lo tanto, solo tomará la mitad del tiempo, pero eso no lo ayudará si la lista es demasiado, demasiado larga para buscar de manera eficiente.

Enfrentando el mismo problema con una computadora cuántica en funcionamiento, podría usar el algoritmo de Grover para encontrar el objetivo en el tiempo [matemático] O (\ sqrt {n}) [/ matemático]. Digamos que si su lista tiene una longitud [matemática] 10 ^ {12} [/ matemática], su computadora clásica necesita ese orden de magnitud de pasos computacionales para encontrar una solución, mientras que el algoritmo cuántico solo necesitará del orden de [matemática] 10 ^ 6 [/ matemáticas] pasos.

Este es un ejemplo tonto porque probablemente nunca tendremos computadoras cuánticas capaces de almacenar suficientes datos para que esta aceleración sea importante, pero con suerte ilustra la forma fundamental en que las computadoras cuánticas serán más rápidas que sus contrapartes clásicas.

Una distinción importante es la diferencia entre algoritmos y problemas . A saber, un algoritmo es una técnica particular para resolver un problema.

No hay problemas que pueda resolver una computadora cuántica que no pueda resolver una computadora clásica con el tiempo suficiente. (Formalmente, [matemáticas] \ text {BQP} \ subseteq \ text {EXP} [/ math].)

Sin embargo, cualquier algoritmo cuántico que no se base únicamente en los pasos clásicos no puede implementarse realmente ‘verdaderamente’ en una computadora clásica, ya que una computadora clásica no tiene forma de poner bits en superposición coherente. (Sin embargo, se puede emular en una computadora clásica que rastrea las amplitudes de todos los estados).

Una pregunta relacionada es “¿Existen algoritmos cuánticos que no puedan resolverse con la misma rapidez con un algoritmo diferente en una computadora clásica?” O (\ sqrt N) [/ math] pasos, si [math] N [/ math] es el número de piezas de heno en la pila, mientras que cualquier computadora clásica requerirá [math] O (N) [/ math]. La cuestión de si existen o no algoritmos cuánticos que sean exponencialmente más rápidos que sus contrapartes clásicas aún está abierta.

Por supuesto, un ejemplo famoso es el algoritmo de Shor que tiene como objetivo factorizar números. En teoría, este algoritmo podría romper el sistema criptográfico RSA en una computadora cuántica lo suficientemente potente.
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