不能建造实用的量子计算机的论点是什么？

回答另一个问题时提到

有论点表明，这种机器[“量子图灵机”]甚至无法制造...

我不确定我是否完全理解这个问题，所以也许我不是在问正确的问题，但这是我可以收集的。

幻灯片（2013年起）由吉尔·卡莱（Gil Kalai ）教授（耶路撒冷希伯来大学和耶鲁大学）介绍。我看了大部分的演讲，看来他的主张是创建容错量子计算机（FTCQ）遇到了障碍，而这一障碍可能在于围绕物理组件创建逻辑量子位。（时间戳26:20）：

听起来这样的障碍的原因是由于噪声和纠错的问题。即使当前的研究考虑了噪声，但它并没有以正确的方式进行处理（这是我不了解的部分）。

我知道许多人（例如Scott Aaronson）对这种可能性的说法表示怀疑，但我只是想更好地理解这一论点：

有什么理由表明不能建造实用的量子计算机（正如吉尔·凯莱教授所提出的，自2013年以来发生了任何变化）？

如果您打算了解Gil Kalai的论点，我建议您在他的博客文章中发表以下文章：我对量子计算机的论证：《 Quanta杂志》上Katia Moskvitch的访谈（及其链接）。

作为一项很好的措施，我还会提出“ 21世纪的永动机”吗？（尤其是评论）。您还可以在“与Aram Harrow进行的量子辩论”中看到要点：时间轴，非技术要点和闪回I和与Aram II的“我的量子辩论”。最后，如果您还没有的话，请参阅Scott Aaronson的《上帝是否玩骰子，我做》。

首先，从他的告示文章中简要概述了Kalai的观点（另请参见《量子计算机之谜@ AMS的告示》）：

了解存在噪声的量子计算机需要考虑不同规模的行为。在小规模上，适用于90年代中期的标准噪声模型，并且它们描述的量子演化和状态表现出非常低的计算能力。这种小规模的行为对较大规模的噪声量子系统的行为产生深远的影响。一方面，它不允许达到量子容错和量子霸权的起点，这使得它们在所有规模上都是不可能的。另一方面，它带来了新颖的隐式方式，可以在更大范围内对噪声建模，并且可以对有噪量子系统的行为进行各种预测。

第二，关于他为什么认为经典的纠错是可行的，但量子纠错却不可能的最新观点。

与非常原始的计算能力所支持的重复/多数机制不同，在计算复杂度方面非常低级的设备不太可能实现创建量子纠错码和证明量子至上性的较简单任务。

（在与Aram Harrow的上述对话中，指出如果直接采用Kalai的初始论点，那么即使是经典的错误纠正也将是不可能的。）

在帖子中，Kalai继续指出原始的量子计算机将无法进行纠错。

问：但是为什么您不能简单地创建足够好的量子位以允许具有50量子位的通用量子电路？

答：这将允许非常原始的设备（就计算复杂性的渐近行为而言）执行出色的计算。

卡拉（Kalai）还作了关于拓扑量子计算为何行不通的讲座（YouTube）。

问：“有人建议不能建造实用的量子计算机的原因是什么（正如吉尔·卡莱教授所提出的那样，自2013年以来发生了任何变化）？”。

卡拉（Kalai）教授在题为“ 21世纪的永恒动力？ ” 的采访中说：

“对于量子系统，存在特殊的障碍，例如通常无法精确复制量子态。尽管如此，许多纠错理论已被继承，著名的阈值定理表明容错量子计算如果满足某些条件，则可能会出现（FTQC），最强调的条件是绝对错误率的阈值，这个阈值比目前的技术所能达到的但仍要严格得多，但可以解决，但是这里提出的问题是错误对于这些方案具有足够的独立性以使其起作用，或者相关性限于它们可以处理的范围。”

他在题为“ 量子计算机：噪声传播和对抗性噪声模型 ” 的较早论文中指出：

第2页： “计算上乘的量子计算机的可行性是我们这个时代最引人入胜的科学问题之一。有关量子计算机可行性的主要关注点是量子系统固有的噪声。量子纠错和容错量子理论计算（FTQC）为建造量子计算机的可能性提供了有力的支持。在本文中，我们将讨论可能使量子计算失败的对抗性噪声模型。本文提出了对量子误差校正和对量子计算机可行性的怀疑的批评。”

第19页： “因此，主要问题是理解和描述新的（或无穷小）噪声操作。我们在这里考虑的对抗模型应视为新噪声的模型。但是量子电路中的累积误差的行为允许误差传播对于我们的新鲜噪声模型，它有点像“角色模型”。

FTQC的常见情况断言：

• 如果我们能够将新鲜的门/量子位误差降低到一定阈值以下，那么容错功能将起作用。在这种情况下，错误传播将被抑制。

我们建议的是：

• 容错将不起作用，因为整体错误的行为将类似于标准错误传播（对于允许错误传播的电路）的累积错误，尽管不一定是因为错误传播。

因此，对于噪声量子计算机的适当建模，对于标准误差传播（对于允许误差传播的电路），新鲜误差的行为应类似于累积误差。

（结果，最终我们将无法避免错误传播。）”。

页面23： “猜想B：在任何处于高度纠缠状态的嘈杂量子计算机中，错误同步都会产生很大的影响。

在这一点上，我们应该非正式地解释为什么这些猜想（如果属实）会造成破坏。我们从猜想B开始。应用FTQC所需的纠错码的量子计算机的状态被高度纠缠（通过“高纠缠”的任何正式定义）。推测B暗示在每个计算机周期中，错误的量子位的数量将大大大于阈值的可能性很小，但却是很大的概率。这与标准假设相反，标准假设中，故障量子位的数量远大于阈值的概率随量子位的数量呈指数下降。具有大数量的量子位出现故障的可能性很小但很充分，足以使量子纠错码失效。”

另请参见他的论文：“ 量子计算机如何失败：量子代码，物理系统中的相关性以及噪声累积 ”。

许多人都感到沮丧，并且已经发生了很大的变化，请参阅以下Wikipedia页面：“ 量子阈值定理 ”或本文“ 基于拓扑编码的量子位的实验量子计算 ”，甚至在有关量子计量学的论文中，作者还声称：“进行使用相干和纠缠作为计量量子资源，可以提高从散粒噪声或量子极限到海森堡极限的测量精度。” 在他们的论文中：“ 利用跨量子Qutrit的量子计量 ”，通过利用其他维度。

我无法评论他的论点的细节，因为我不主张完全理解它们。但是总的来说，我们不得不怀疑量子力学对于希尔伯特空间深处的许多量子位系统和状态是否仍然有效。

物理学就是关于观察自然，建立理论，确认理论，然后发现它们分解的地方。然后，循环再次开始。

我们从来没有像现在的量子处理器那样干净，可控且大型的量子系统。能够实现“至高无上”的设备甚至超出了我们目前的实验经验。因此，有理由怀疑，质量管理的这个未探明的角落是否可能会在所有方面崩溃。可能会出现新的“量子后”效应，有效地充当不可校正的噪声形式。

当然，我们大多数人都认为不会。我们希望不会，否则将不会有量子计算机。然而，我们必须对我们错了的可能性持开放态度。

认为量子计算将失败的少数人也应该对他们错了的想法持开放态度。希望它们不会成为“违反钟声的人”的新品牌。