¿Se basa la informática cuántica en interpretaciones particulares de la mecánica cuántica?

Question

Tengo entendido que la computación cuántica se basa en la superposición cuántica y el entrelazamiento para funcionar: los bits cuánticos deben existir en todos los estados simultáneamente antes de dar un resultado concreto cuando se observan.

¿Significaría esto que la computación cuántica es imposible en interpretaciones de la mecánica cuántica en las que los qbits no existen en realidad en todos los estados simultáneamente hasta que son observados? Así pues, ¿no sería la computación cuántica incompatible con las interpretaciones de variables ocultas no locales (deBroglie-Bohm, por ejemplo), o con otras interpretaciones en las que la realidad subyacente es determinista como la de 't Hooft?

Answer 1

Generalmente, cuando se hace un cálculo cuántico, hay que hacer algún tipo de medición de los qubits al final del algoritmo, donde el resultado que se busca es un resultado muy probable (pero no necesariamente seguro). En cualquier interpretación que concuerde realmente con los resultados básicos de la mecánica cuántica, estas probabilidades seguirán siendo válidas y el algoritmo seguirá funcionando.

Si una interpretación queda descartada por la posibilidad de la computación cuántica, entonces es (probablemente) errónea porque contradice la mecánica cuántica. Que yo sepa, todas las interpretaciones que has mencionado, aunque deterministas, siguen dando resultados acordes con la mecánica cuántica y no pueden descartarse por la existencia de un ordenador cuántico.

Answer 2

Como han señalado Dan y Mark, la respuesta corta a tu pregunta es NO. La computación cuántica se basa únicamente en el marco matemático de la MC, es decir, en la parte común a todas las interpretaciones, sea cual sea su alcance. son interpretaciones en lugar de teorías físicas alternativas. Si una teoría predice que la computación cuántica no puede funcionar, la teoría debe desviarse de algún modo del marco de la MC, o bien añadir algún nuevo principio físico al marco con nuevas consecuencias observables, y se supone que una mera "interpretación" no puede hacer ninguna de estas cosas.

Por otra parte, también se puede plantear la siguiente pregunta: ¿proporcionan algunas interpretaciones más visión en cómo funciona un QC que otros? David Deutsch, uno de los inventores de la computación cuántica, estaba motivado por el objetivo de hacer vívida la Interpretación de Muchos Mundos (de la que es un firme creyente), y lleva décadas argumentando que la computación cuántica hace que cualquier interpretación que no sea la de Muchos Mundos parezca irremediablemente artificiosa. Sin embargo, otras personas que trabajan en computación cuántica discrepan vehementemente de esa afirmación y afirman que podemos entender perfectamente un CC desde una perspectiva (por ejemplo) de Copenhague, bayesiana cuántica o de "cállate y calcula". Probablemente, a la mayoría de los investigadores del CC no les importa el debate sobre la interpretación, o lo consideran más bien una fuente de diversión. Sus principales objetivos son (a) construir dispositivos que funcionen, y (b) comprender lo que podríamos hacer con esos dispositivos.

Sin embargo, aquí añadiré mi opinión personal de que algunas interpretaciones -como la deBroglie/Bohm y sus primas- parecen bastante artificiosas si intentamos utilizarlas para entender la computación cuántica. Sí, ciertamente deBroglie/Bohm predice que la CC puede funcionar, ya que todos de sus predicciones son las mismas que las de la QM estándar. Sin embargo, en cualquier algoritmo cuántico interesante (como el algoritmo de Shor), el "trabajo" computacional se realiza claramente mediante transformaciones unitarias en una función de onda de n partículas exponencialmente grande y altamente entrelazada, una situación que conduce a intuiciones muy diferentes de las sugeridas por una o dos partículas que se mueven en un potencial. Si se calculasen las trayectorias de las partículas de Bohm en el algoritmo de Shor, parecerían un espectáculo cómicamente irrelevante para el evento principal, sin ningún valor explicativo y sólo "acompañando el paseo". (Véase esta pregunta para saber más).

Por último, en el caso de algunas interpretaciones, como la "interpretación transaccional", creo que nunca se ha explicado satisfactoriamente cómo pueden explicar la computación cuántica. Pero si es así, entonces eso es simplemente otra forma de decir que no se ha explicado satisfactoriamente cómo reproducen la propia QM. Ver aquí para saber más.

Answer 3

Como señala Dan en su excelente respuesta, la mayoría de las "interpretaciones" alternativas reproducen la mecánica cuántica estándar por construcción. Sin embargo, interpretaciones de colapso como la Teoría GRW o El colapso gravitatorio de Penrose parecen prohibir la coherencia en sistemas cuánticos mayores que cierto tamaño o masa. Por supuesto, estas escalas de ruptura son mayores que las que aún se han alcanzado en los experimentos cuánticos; de lo contrario, estas interpretaciones ya se habrían falsado o confirmado. Como es concebible que los ordenadores cuánticos requieran grandes tamaños para alcanzar el límite de tolerancia a fallos, quizá estas teorías del colapso entrarían en juego. Sin embargo, aunque utilizáramos un millón de iones atrapados seguiríamos sin acercarnos a la masa de Planck necesaria para el colapso de Penrose, y probablemente bastante lejos del límite de la GRW. Con qubits más grandes, como los sistemas superconductores, quizá el hipotético límite de colapso sería menor que el de un ordenador con tolerancia a fallos. Sin embargo, es un gran "si".

Editar en respuesta a los comentarios

Es cierto que las teorías que he mencionado no son "interpretaciones" según la definición pedante. Sin embargo, todos estos ejemplos se suelen meter en el mismo saco que las interpretaciones verdaderas, y se enseñan en las mismas clases de filosofía, por ejemplo :) En realidad, el final de El libro de Bohm está dedicado a las extensiones de su teoría que podrían falsar la QM estándar. Leer Escritos de Chris Fuchs sobre el bayesianismo cuántico deja muy claro que, en última instancia, está interesado en encontrar una teoría fundamentalmente diferente que pueda probarse experimentalmente. Esto se debe a que los físicos saben que para que su teoría favorita sea interesante (al menos para el resto de la comunidad científica), también debe ser falsable. El rasgo común que todas esas variantes comparten con las interpretaciones verdaderas es que, por construcción, predicen correctamente los resultados de todos los experimentos cuánticos realizados hasta la fecha. Por eso pensé que merecía la pena mencionarlas como un ángulo diferente de las respuestas existentes.