Hispanopedia WikiLa computación cuántica contrafactual es un método para inferir el resultado de un cálculo sin necesidad de ejecutar una computadora cuántica que sea capaz de realizar activamente dicho cálculo.
Origen conceptual
Los físicos Graeme Mitchison y Richard Jozsa introdujeron la noción de computación contrafáctica [1] como una aplicación de la computación cuántica, fundada en los conceptos de definitividad contrafáctica , en una reinterpretación del experimento mental del probador de bombas de Elitzur-Vaidman y haciendo uso teórico del fenómeno de la medición sin interacción .
Después de ver una charla sobre computación contrafáctica dada por Jozsa en el Instituto Isaac Newton , Keith Bowden de la Unidad de Investigación de Física Teórica del Birkbeck College, Universidad de Londres, publicó un artículo [2] en 1997 describiendo una computadora digital que podría ser interrogada contrafácticamente para calcular si un rayo de luz no podría pasar a través de un laberinto [3] como un ejemplo de esta idea.
Más recientemente se ha propuesto y demostrado la idea de la comunicación cuántica contrafáctica. [4]
Esquema del método
El ordenador cuántico puede implementarse físicamente de maneras arbitrarias [5] pero, hasta la fecha, el aparato común considerado incluye un interferómetro de Mach-Zehnder . El ordenador cuántico se establece en una superposición de estados "no en funcionamiento" y "en funcionamiento" por medios como el efecto cuántico Zeno . Esas historias de estados se interfieren cuánticamente . Después de muchas repeticiones de mediciones proyectivas muy rápidas, el estado "no en funcionamiento" evoluciona a un valor final impreso en las propiedades del ordenador cuántico. Medir ese valor permite aprender el resultado de algunos tipos de cálculos [6] como el algoritmo de Grover, incluso aunque el resultado se haya derivado del estado no en funcionamiento del ordenador cuántico.
Definición
La formulación original [1] de la computación cuántica contrafáctica establecía que un conjunto m de resultados de medición es un resultado contrafáctico si solo hay un historial asociado a m y ese historial contiene solo estados "apagados" (sin ejecución), y solo hay una única salida computacional posible asociada a m .
Una definición refinada [7] del cálculo contrafáctico expresado en procedimientos y condiciones es: (i) identificar y etiquetar todas las historias (caminos cuánticos), con tantas etiquetas como sean necesarias, que conducen al mismo conjunto m de resultados de medición, y (ii) superponer coherentemente todas las historias posibles. (iii) después de cancelar los términos (si los hay) cuyas amplitudes complejas juntas suman cero, el conjunto m de resultados de medición es un resultado contrafáctico si (iv) no quedan términos con la etiqueta de ejecución de computadora en sus etiquetas de historial, y (v) solo hay una única salida de computadora posible asociada a m .
Matriz de espejos
En 1997, después de conversaciones con Abner Shimony y Richard Jozsa, e inspirado por la idea del probador de bombas de Elitzur-Vaidman (1993), Keith Bowden (Birkbeck College) publicó un artículo [2] que describía una computadora digital que podría ser interrogada contrafácticamente para calcular si un fotón no lograría pasar a través de un laberinto de espejos. [3] Este llamado conjunto de espejos reemplaza la bomba provisional en el dispositivo de Elitzur y Vaidman (en realidad un interferómetro de Mach-Zehnder). Una de cada cuatro veces un fotón saldrá del dispositivo de tal manera que indicará que el laberinto no es navegable, aunque el fotón nunca haya pasado a través del conjunto de espejos. El conjunto de espejos en sí está configurado de tal manera que está definido por una matriz de bits de n por n . La salida (falla o no) está definida por un solo bit. Por lo tanto, el conjunto de espejos en sí es una computadora digital de n bits cuadrados de entrada y 1 bit de salida que calcula laberintos y puede ejecutarse de manera contrafáctica. Aunque el dispositivo en general es claramente una computadora cuántica, la parte que se prueba de manera contrafáctica es semiclásica.
Demostración experimental
En 2015, se demostró la computación cuántica contrafáctica en el contexto experimental de "espines de un centro de color de nitrógeno-vacante con carga negativa en un diamante". [8] Se superaron los límites de eficiencia previamente sospechados, logrando una eficiencia computacional contrafáctica del 85% con la mayor eficiencia prevista en principio. [9]
Referencias
- ^ ab Mitchison, Graeme; Jozsa, Richard (8 de mayo de 2001). "Counterfactual computation". Actas de la Royal Society of London A . 457 (2009): 1175–1193. arXiv : quant-ph/9907007 . Código Bibliográfico :2001RSPSA.457.1175M. CiteSeerX 10.1.1.251.9270 . doi :10.1098/rspa.2000.0714. S2CID 16208575.
- ^ ab Bowden, Keith G, "La computación clásica puede ser contrafactual", en Aspects I, Proc ANPA19, Cambridge 1997 (publicado en mayo de 1999), ISBN 0-9526215-3-3
- ^ de Bowden, Keith (15 de marzo de 1997). "¿Puede el gato de Schrödinger colapsar la función de onda?". Archivado desde el original el 16 de octubre de 2007. Consultado el 8 de diciembre de 2007 .(Versión original de "La computación clásica puede ser contrafáctica")
- ^ Liu Y, et al. (2012) "Demostración experimental de la comunicación cuántica contrafáctica". Phys Rev Lett 109:030501
- ^ Hosten, Onur; Rakher, Matthew T.; Barreiro, Julio T.; Peters, Nicholas A.; Kwiat, Paul G. (14 de diciembre de 2005). "Computación cuántica contrafactual mediante interrogación cuántica". Nature . 439 (7079): 949–952. Bibcode :2006Natur.439..949H. doi :10.1038/nature04523. PMID 16495993. S2CID 3042464.
- ^ Mitchison, Graeme; Jozsa, Richard (1 de febrero de 2008). "Los límites del cálculo contrafáctico". arXiv : quant-ph/0606092 .
- ^ Hosten, Onur; Rakher, Matthew T.; Barreiro, Julio T.; Peters, Nicholas A.; Kwiat, Paul (26 de junio de 2006). "Revisión del cálculo contrafáctico". arXiv : quant-ph/0607101 .
- ^ Kong, Fei; Ju, Chenyong; Huang, Pu; Wang, Pengfei; Kong, Xi; Shi, Fazhan; Jiang, Liang; Du, Jiangfeng (21 de agosto de 2015). "Realización experimental de computación contrafáctica de alta eficiencia". Physical Review Letters . 115 (8): 080501. Bibcode :2015PhRvL.115h0501K. doi : 10.1103/PhysRevLett.115.080501 . PMID 26340170.
- ^ Zyga, Lisa. "La computadora cuántica que 'calcula sin correr' establece un récord de eficiencia". Phys.org . Omicron Technology Limited . Consultado el 6 de septiembre de 2015 .