Пр кубиты, квантовую суперпозицию и квантовую запутанность просто

Почитал я тут Фейнмана —  ВладимирХ подсунул — там ровно то, о чем я говорю: Фейнман оперирует вероятностями и допущениями. Тем самым квантовая суперпозиция, как я и говорил, - это допущение, читай - интеллектуальный костыль, который позволяет решать задачи, не имея представления о том, что там на самом деле с частицей происходит. Просто прочитайте термины и просто слова, которые они использует по 20 штук на странице - предположим, допустим, мысленный путь электрона, амплитуды вероятности и т.п. Все эти термины описывают мыслительные операции человека, а не фактические состояния элементарной частицы, которые человек пытается помыслить. 

А важно понять, что квантовая суперпозиция - не просто постулат, человеческое допущение, это еще и конкретное поименование, данное непонятному явлению человеком, физиком. Он описывает частицу как существующую одновременно во всех возможных состояниях (насколько я понял - как частицу, и как волну), тогда как это просто вот-такая-сущность, вот-такой-феномен. И вся его суперпозиция сводится к тому, что мы ее взаимодействия предсказать не можем, а можем только вероятностно рассчитать. А почему взят именно такой термин - суперпозиция?

Да потому что физики в течение многих лет пытались описать мир, в т.ч. элементарных частиц, и были у них разные убедительные теории - что частица это частица, потом, что частица - это волна, потом - что снова частица, и вот родилась конструкция, что всякая элементарная частица находится в состоянии суперпозиции - то есть и частица, и волна, и это ух как загадочно и непостижимо-непонятно, но зато все объясняет. А если бы люди к пониманию частицы пришли с какой-нибудь другой стороны, например, условно, со стороны теоретического объяснения эфира, который влияет на проявления элементарных частиц и обусловливает их поведение, то о суперпозиции частиц не говорили бы, а говорили бы о чем-то другом.

И вот, когда я пытался понять, что же такое суперпозиция частицы, и какое для нас имеет значение, что мы не знаем, что она есть - частица, волна, какой у нее там спин и пр., до тех, пока с ней не столкнемся, камрад Alex Arx подсказал мне образ квантовой суперпозиции из макромира - монетки, у которой есть и орел, и решка, и вот из-за этого она якобы находится в состоянии суперпозиции (спасибо, Alex Arx). И что? - подумал я. Монета находится ни в какой не суперпозиции, у нее просто две стороны, и до тех пор, пока она кувыркается в воздухе, когда мы ее подбросили, нам, вообще-то, плевать, в каком она там состоянии. А когда она упадет и успокоится, она по-прежнему будет монетой в состоянии монеты, пусть и лежащей кверху какой-то одной стороной. И если нам важно знать заранее, какой стороной упадет монета, нам не надо знать, что она находится в состоянии какой-то там суперпозиции. Посмотрите, как решали этот вопрос в производственных бригадах в советское время: получили строители премию, возник вопрос, что с ней делать - одни говорят, пива надо купить, другие - водки, третьи  - женам отдать, а один заикнулся про Фонд Мира. Берет слово бригадир, и говорит: вот я сейчас монету подброшу - выпадет решка - пьем пиво, выпадет орел - водку, на ребро встанет - женам отдадим, в воздухе повиснет - ну, тогда в Фонд Мира.

Заметьте, бригадир производит квантовые вычисления без всякого участия кванта. А ведь ровно то же приходится делать с состояниями суперпозиции кубитов - он в состоянии неопределенности, повлиять на его результат по определению невозможно, но он может выпасть только орлом (0) или решкой (1) с такой-то конкретной вероятностью. Вопрос знатокам: какие квантовые преимущества даст нам в таком случае квантовая суперпозиция, чем будет обеспечено квантовое преимущество?

По моему скромному диванному мнению, никакого преимущества квантовая суперпозиция в вычислениях не даст. Более того, чтобы ею оперировать, ее необходимо обсчитывать через операции с амплитудами вероятностей. Кстати, прикольная вещь - говорится о длине волны электрона - ну, он же волна, у волны есть длина, измеряемая от точки до точки в одинаковой фазе. Но что колеблется у электрона? Нашел прикольный ответ - никто не знает, да и никто уже не задается этим вопросом, типа в физике - обычное дело, типа колеблется вероятность, и у этих колебаний вероятности есть амплитуда, называется амплитуда вероятности, но уже принято просто говорить амплитуда. Не вопрос. Не это вопрос, вопрос в том, амплитуда вероятности чего для частицы, наступления какого события? Такого события, что она при прохождении через щель будет вести себя как частица? Или как волна? Или что она пройдет через ту щель, а не другую? Короче мы ищем вероятность наступления какого-то варианта проявления частицы из суперпозиции из двух состояний - то есть вариантов будет всего два, а вероятность их выпадения будет 50 на 50. А если мы про то, что электрон с чем-то взаимодействует как волна, а потом взаимодействует как частица, оставляя след на мишени, то это просто другое распределение вероятности, которое мы можем использовать только на основе статистических данных, о том, как распределялись его попадания во многих одинаковых экспериментах. Мы можем, конечно, на основании этих данных потом построить модель расчета вероятности, но как только мы это сделаем, квант для квантовых вычислений нам будет не нужен.

Но любой расчет вероятности наступление события, которое участвует в вычислениях - это дополнительное расходование ресурсов по сравнению с ситуациями, когда - при обычных компьютерных вычислениях - этих операций делать не надо. Кроме того, если мы работаем с вычислением вероятностей, сам квант нам не нужен, мы оперируем вероятностью, а не фактом. А если мы работаем с реальными проявлениями квантов - то есть реализацией вероятностей - зачем нам считать эту вероятность?

Хочу сказать, что стандартный кубик игральной кости находится в состоянии квантовой суперпозиции из семи, а не из двух состояний - у него шесть равных граней, и на одном углу сточена маленькая площадка, если мне не изменяет память. Можно читать более сложные вероятности - или бросать кубик, квант нам здесь не нужен. Или именно наличие квантов обеспечивает квантовое превосходство - распараллеливает вычисления и увеличивает их мощность? Чем, собственно?

Иными словами, никаких преимуществ неопределенность (отсутствие знания) и необходимость вычисления вероятности наступления события, участвующего в вычислении, не дает, а напротив, требует привлечения дополнительных ресурсов, в том числе времени. То есть квантовый компьютер будет дороже и, по определению, медленнее обычного компьютера, который будет работать в логике, не требующей вычисления вероятностей.

Примерно то же с квантовой запутанностью. Квантовая запутанность возникает при совершении определенных операций с квантами - их потоки разделяют и запутанность реализуется не на паре квантов, а на любом кванте из одного потока с любым квантом из другого. Чтобы пояснить, что это такое и как это работает, я воспользуюсь примером камрада Arbaleth (спасибо, Arbaleth) - насколько я понял, он математик, преподаватель, и, опять же, насколько я понял, объясняет студентам своим именно про квантовую запутанность (ну, кроме всего прочего). Я редуцирую его пример к более простой форме:

Представьте себе, что у меня есть пара мужских черных туфель. Я с завязанными глазами и с помощью манипуляторов раскладываю эту пару туфель по двум коробкам. Манипуляторы и завязанные глаза для того, чтобы я не знал, какой туфель в какой коробке лежит. Теперь, когда туфли лежат по разным коробкам, в отношении каждого туфля можно сказать, что она находится в состоянии квантовой суперпозиции - он в каждой коробке одновременно и правый, и левый (вспомните котэ Шредингера - квантовые физики именно в такой логике смотрят на мир).

Итак, мы знаем про эти коробки 2 (две) вещи:
1) в каждой коробке находится туфель в состоянии суперпозиции (то есть одновременно и правый, и левый);
2) эти квантовые туфли находятся в состоянии квантовой запутанности - когда-то они составляли 1 (одну) пару.

Я посылаю камраду одну коробку по почте, и придет она к нему естественным ходом почтового отправления, например, через два дня. Сразу после отправки я ему отправляю СМС о том, что в двух коробках туфли находятся в состоянии квантовой запутанности, и я послал ему один из них.

Обратите внимание, что какие-то операции с квантовозапутанным туфлем возможно делать только после того, как он адресату придет по почте - до этого момента информация о том, что туфли находятся в состоянии квантовой запутанности (были одной парой) никак не может быть использована, самой коробки с туфлем у тебя нет, и ты не можешь ее вскрыть (провести измерение состояния запутанного кванта) и тем самым уничтожить состояние квантовой суперпозиции - узнать какой конкретно туфель лежит в коробке - правый или левый.

И наоборот, если туфель придет к тебе раньше сообщения о квантовой запутанности, ты не сможешь использовать уничтожение квантовой суперпозиции - даже если ты откроешь коробку и увидишь, что туфель в коробке левый - ты не можешь сказать, что во второй коробке правый - тебе никто не сказал, что они были одной парой, и вероятность для тебя, что в другой коробке лежит вообще женская туфля, не равна нулю.

Только когда у тебя есть обе информации - то есть сама коробка с туфлей в состоянии квантовой суперпозиции и информация о ее квантовой запутанности, - ты сможешь, открыв коробку (уничтожив квантовую суперпозицию туфля) и увидев, что там туфель левый, использовать квантовую запутанность и вычислить, какой именно туфель остался во второй коробке.

Внимание, ты не определяешь квантовое состояние второго туфля на расстоянии в миллионы световых лет со скоростью выше скорости света - оно было определено тогда, когда я туфли разложил по коробкам, ты его вычисляешь, тратя на это дополнительные ресурсы (время). Поэтому никакой квантовой телепортации информации не происходит, все необходимое для ее вычисления пришло тебе с обычной скоростью, и ты просто вычисляешь состояние второго туфля. И вне зависимости от расстояния от одной коробки до другой ты потратишь одно и то же количество времени на вычисление, потому что в формуле вычисления состояния второй туфли расстояния как фактора нет.

А теперь представьте себе компьютер, в котором есть обособленный блок, в котором перемещаются, делятся кванты, который находятся всякий раз в каком-то конкретном состоянии, про которое вы ничего не знаете, и называете состоянием суперпозиции, при этом для вас не имеет значения, что там на самом деле происходит с этими состояниями, вам нужно знать вероятность наступления события, которое вы учтете в своих дальнейших вычислениях. Но и этой вероятности вы вычислить не можете, пока вам не сказали, что эти туфли - из пары, а не из набора левых туфель разных моделей, цвета и для разного пола. Если ты получил сообщение о квантовой запутанности, то ты вычисляешь вероятность, и вычисляешь его, увеличивая время общих вычислений. А если ты используешь квантовую запутанность, то необходимая информация придет тебе по обычным компьютерным шинам с обычной в компьютерах скоростью, но ты вновь потратишь дополнительное время на вычисление состояния запутанного кванта, и вероятности именно такого состояния. Срок это будет определяться временем поступления тебе необходимой информации, в зависимости от того, какая придет позже.

Это означает, что квантовый компьютер
1) всегда будет блоком в обычном компьютере (то есть требовать наличия дополнительного - обычного - компьютера - то есть будет дороже);
2) на квантовые вычисления всегда будут тратиться больше ресурсов (в т.ч. времени) по сравнению с обычным компьютером;
3) результаты вычисления на квантовом компьютере будут носить вероятностный характер, то есть использование их будет само по себе отдельным упражнением.

Можно, конечно, ускорить вычисления: ну, если мы всегда знаем о квантовой запутанности пришедшей к на туфле (мы заранее об этом договорились и организационно обеспечили), можно и вероятности не вычислять - мы знаем, что при двух одинаково возможных состояний вероятности выпадания орла и решки составляет 50 на 50, и можно эту вероятность брать из справочника, и второй туфле сразу присваивать противоположное значение. Но тогда снова вопрос: в чем здесь квантовое преимущество и нахрена городить этот огород? Все это реализовано уже в обычной Булевой алгебре и обеспечено железом