Verlässt sich Quantencomputing auf bestimmte Interpretationen der Quantenmechanik?

Wenn Sie eine Quantenberechnung durchführen, müssen Sie im Allgemeinen am Ende des Algorithmus eine Art Messung der Qubits vornehmen, bei der das gesuchte Ergebnis ein sehr wahrscheinliches (aber nicht unbedingt sicheres) Ergebnis ist. In jeder Interpretation, die tatsächlich mit den grundlegenden Ergebnissen der Quantenmechanik übereinstimmt, werden diese Wahrscheinlichkeiten immer noch gelten und der Algorithmus wird immer noch funktionieren.

Wenn eine Interpretation durch die Möglichkeit Quantencomputing ausgeschlossen ist, dann ist sie (wahrscheinlich) falsch, weil sie der Quantenmechanik widerspricht. Nach meinem besten Wissen liefern alle von Ihnen erwähnten Interpretationen, obwohl sie deterministisch sind, immer noch Ergebnisse, die mit der Quantenmechanik übereinstimmen, und können durch die Existenz eines Quantencomputers nicht ausgeschlossen werden.

Wie Dan und Mark betonten, lautet die kurze Antwort auf Ihre Frage NEIN. Quantencomputing stützt sich nur auf den mathematischen Rahmen der QM – dh den Teil, der allen Interpretationen gemeinsam ist, egal in welchem ​​Ausmaß sie eher Interpretationen als alternative physikalische Theorien sind. Wenn eine Theorie vorhersagt, dass Quantencomputer nicht funktionieren können, muss die Theorie entweder irgendwie vom Rahmen der QM abweichen oder dem Rahmen ein neues physikalisches Prinzip mit neuen beobachtbaren Konsequenzen hinzufügen – beides ist keine bloße „Interpretation“. tun soll.

Andererseits kann man auch die weiterführende Frage stellen: Bringen einige Interpretationen mehr Einsicht?wie ein QC funktioniert als andere? David Deutsch, einer der Erfinder des Quantencomputers, war von dem Ziel motiviert, die Viele-Welten-Interpretation (von der er fest überzeugt ist) anschaulich zu machen, und argumentiert seit Jahrzehnten, dass Quantencomputer jede andere Interpretation als eine Viele-Welten-Interpretation zulässt ein Blick hoffnungslos gekünstelt. Andere, die in der Quanteninformatik arbeiten, widersprechen dieser Behauptung jedoch vehement und sagen, dass wir eine QC aus (z. B.) einer Kopenhagener, Quanten-Bayes'schen oder "Halte-und-Berechnung"-Perspektive gut verstehen können. Wahrscheinlich interessiert sich die Mehrheit der QC-Forscher nicht für die Interpretationsdebatte oder betrachtet sie hauptsächlich als Quelle der Belustigung. Ihre Hauptziele sind (a) funktionierende Geräte zu bauen und (b) zu verstehen, was wir mit diesen Geräten machen könnten.

Hier möchte ich jedoch meine persönliche Meinung hinzufügen, dass einige Interpretationen – wie deBroglie/Bohm und seine Cousins ​​– ziemlich erfunden aussehen, wenn wir versuchen, sie zu verwenden, um Quantencomputer zu verstehen. Ja, sicherlich sagt deBroglie/Bohm voraus, dass QC funktionieren kann, da alleseiner Vorhersagen sind die gleichen wie Standard-QMs. In jedem interessanten Quantenalgorithmus (wie Shors Algorithmus) wird die rechnerische "Arbeit" jedoch eindeutig durch einheitliche Transformationen an einer exponentiell großen, hochverschränkten n-Teilchen-Wellenfunktion geleistet - eine Situation, die zu ganz anderen Intuitionen führt als diese vorgeschlagen durch ein oder zwei Teilchen, die sich in einem Potential bewegen. Wenn Sie die Flugbahnen für die Bohmschen Teilchen in Shors Algorithmus ausarbeiten würden, würden sie wie eine komisch-irrelevante Nebenschauplatz des Hauptereignisses aussehen, keinen erklärenden Wert hinzufügen und nur „mitfahren“. (Siehe diese Frage für mehr.)

Schließlich glaube ich nicht, dass einige Interpretationen, wie die „Transaktionsinterpretation“, jemals zufriedenstellend erklärt wurden, wie sie die Quantenberechnung erklären können. Aber wenn ja, dann ist das nur eine andere Art zu sagen, dass nicht zufriedenstellend erklärt wurde, wie sie QM selbst reproduzieren. Siehe hier für mehr.

Wie Dan in seiner ausgezeichneten Antwort hervorhebt, reproduzieren die meisten alternativen "Interpretationen" die Standard-Quantenmechanik durch Konstruktion. Allerdings kollabieren Interpretationen wie die GRW-Theorie oder der Gravitationskollaps von Penrosescheinen die Kohärenz in Quantensystemen größer als eine bestimmte Größe oder Masse zu verbieten. Natürlich sind diese Durchbruchsskalen größer als die bisher in Quantenexperimenten erreichten, sonst wären diese Interpretationen bereits widerlegt oder bestätigt worden. Da Quantencomputer möglicherweise große Größen erfordern könnten, um die Fehlertoleranzgrenze zu erreichen, würden vielleicht diese Kollapstheorien ins Spiel kommen. Aber selbst wenn wir eine Million eingefangener Ionen verwenden würden, wären wir noch lange nicht in der Nähe der Planck-Masse, die für Penroses Kollaps erforderlich ist, und wahrscheinlich ziemlich weit von der GRW-Grenze entfernt. Bei größeren Qubits wie supraleitenden Systemen wäre die hypothetische Kollapsgrenze vielleicht kleiner als bei einem funktionierenden fehlertoleranten Computer. Es ist jedoch ein ziemlich großes Wenn.

Als Antwort auf Kommentare bearbeiten

Es stimmt, dass die von mir erwähnten Theorien keine "Interpretationen" im Sinne der pedantischen Definition sind. Alle diese Beispiele werden jedoch normalerweise mit wahren Interpretationen in einen Topf geworfen und beispielsweise in denselben Philosophieklassen unterrichtet :) Tatsächlich ist das Ende von Bohms Buch Erweiterungen seiner Theorie gewidmet, die die Standard-QM verfälschen könnten. Lektüre der Schriften von Chris Fuchszum Quanten-Bayesianismus macht überdeutlich, dass er letztlich daran interessiert ist, eine grundlegend andere Theorie zu finden, die experimentell überprüft werden könnte. Das liegt daran, dass Physiker wissen, dass ihre Lieblingstheorie, um interessant zu sein (zumindest für den Rest der wissenschaftlichen Gemeinschaft), auch falsifizierbar sein muss. Der gemeinsame Faden, den alle diese Varianten mit wahren Interpretationen teilen, ist, dass sie konstruktionsbedingt die Ergebnisse aller bisher durchgeführten Quantenexperimente korrekt vorhersagen. Deshalb hielt ich sie für erwähnenswert als einen anderen Blickwinkel auf die vorhandenen Antworten.