机器能思考吗?这个问题是艾伦·图灵在 1950 年发表的里程碑式论文《计算机器与智能》中提出的。图灵考虑了一种特殊的机器,即图灵机。现代电子数字计算机相当于图灵机,忽略了有限内存的限制。为了本文的目的,我们可以将计算机定义为任何相当于图灵机的机器。图灵的里程碑式论文在心灵哲学中播下了整个范式的种子,认为心灵本质上是一台计算机。更准确地说,心灵可以被认为是运行在大脑硬件上的软件程序,其心理状态与计算状态/过程相同。如果这是正确的,那么原则上没有任何障碍可以创造人工心灵(1)仅通过以适当的方式对计算机进行编程或(2)仅通过实现正确的计算过程。至少,这是当今许多计算机科学家和心灵哲学家的希望和信念。图灵本人对自己的问题给出了肯定的回答,并提出了一个测试——图灵测试——来确定计算机是否真正能够思考并具有心理。
3 准备工作 22 3.1 图灵机.................... ... . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..................................................................................................................................................................................................33 3.7 广义泡利可观测量....................................................................................................................................................................................34
有人认为,丘奇-图灵假设背后有一个隐含的物理断言。这里,这个断言被明确地呈现为一个物理原理:“每个有限可实现的物理系统都可以被一个以有限方式运行的通用模型计算机完美地模拟”。经典物理学和通用图灵机,因为前者是连续的,而后者是离散的,所以不遵循这个原理,至少不遵循上述强形式。描述了一类模型计算机,它是图灵机类的量子泛化,并表明量子理论和“通用量子计算机”与该原理兼容。原则上可以建造类似于通用量子计算机的计算机,并且它将具有任何图灵机都无法复制的许多显著特性。这些不包括非递归函数的计算,但它们确实包括“量子并行性”,通过这种方法,通用量子计算机可以比任何经典限制更快地执行某些概率任务。这些特性的直观解释给除埃弗雷特之外的所有量子理论解释都带来了难以忍受的压力。本文探讨了计算量子理论与其他物理学之间的众多联系。与经典复杂性理论相比,量子复杂性理论允许对物理系统中的“复杂性”或“知识”进行更合理的物理定义。
■ 图灵机 ■ 量化计算资源 ■ 复杂性类别 ■ 量子计算简介:历史视角 ■ 量子计算模型 ■ 电路符号和量子门 ■ 量子门的通用集 ■ Solovay-Kitaev 定理 ○ 量子预言机 ○ 预言量子算法:
在本文中,超计算指的是可以构建形式系统,识别、设计、构建或利用物理系统,这些系统具有超越图灵机的能力。超计算通常指可以计算非递归函数的系统,但也有人谈到超图灵系统,它不一定计算任何非递归的东西,但在复杂性或其他指标方面却胜过图灵机。然而,一般来说,超计算和超图灵这两个术语往往可以互换使用,不同的学科对其中一个术语略有偏好。我希望说服你,数学或物理学中没有任何东西可以阻止这种系统的实现。但从某种意义上说,这是一个次要问题,因为即使我们接受超计算在物理现实中没有任何基础,它仍然是一个非常有用的逻辑思想,它提供了一个比其单纯的计算对应物更全面的数学、物理和生物过程模型。借用 MacLennan 的话 [1] ,基于标准递归的可计算性本身无法满足对具有正交幂概念的模型的现实和迫切需求,尤其是当计算
层次结构定理是复杂性理论的基本结果。他们指出,随着计算资源的增加,人们可以严格解决更多问题。bptime的时间层次结构定理仍然是一个臭名昭著的难以捉摸的话题。迄今为止,只有在提供对数或恒定建议位时才知道,bptime的无条件层次结构定理[BAR02,FS04,GST11,FST11,FST11,FST05,PER05,VMP07]。此外,已知层次结构定理对BPP的完全问题[BAR02]持有条件。与确定性[HS65,HS66]或非确定性时间层次结构[COO72,SFM78,ˇ Z´AK83],BPTIME的层次定理保持开放,因为在实用上,似乎有效地确定一个随机的Turning机器是无效的,是否可以有效地确定一个随机的机器被拒绝或不拒绝,或者拒绝了一个有界的错误或不符合界限。因此,标准对角线化在列举所有随机图灵机的步骤上失败,并具有有界的双面误差。实际上,确定每个输入的随机图灵机是否有界限。这种情况在其承诺版本中被认为不同。Pr -bptime的时间层次结构(承诺概率时间课)是一种民间传说的陈述,在谈话,课程和流行的教科书中出现了,例如[AB09]。我们观察到没有来源勾勒出其证明,并且可能假定其有效性是从直接对角线化的,或者遵循存在完全问题的Pr -bptime;参见例如[GAJ22]。在高水平上,对角度化的关键步骤涉及否定枚举的图灵机的输出。但是,我们观察到基于直接对角线的直接对角度或证据(例如,减少到Bptime完全问题[BAR02])并不容易通过PR- BPTIME层次定理携带。通过否定输出,构造的语言
单元 1 量子计算需求和基本概念、向量空间、概率、复数和数学预备知识、量子力学假设、Bra-ket 符号、测量、复合系统、贝尔态、纠缠、布洛赫球、纯态和混合态 单元 2 量子态的几何形状、复杂性类、图灵机、图灵机概念、量子门、量子电路、量子电路设计 单元 3 电路的定量测量、电路质量分析、电路优化、量子并行性简介、Deustch 算法、Deutsch Jozsa 算法 单元 4 Grover 算法简介、Grovers 算法详细介绍、Grovers 迭代的几何可视化、Grovers 搜索应用于非结构化数据库、量子隐形传态、Shor 算法、量子傅里叶变换 单元 5 量子应用简介、量子研究挑战、QC 模型简介、模型的物理实现、变分量子特征求解器、量子密码学-bb84协议,讨论量子金融和量子优化中的不同用例。(QAOA)
-FNP是NP:给定X的搜索版本,以及针对NP问题的多项式时间证书验证算法,找到任何证书y。- FP是FNP中的一组问题,其中Y可以通过多项式时间图灵机找到。(ZOO)-FBQP是存在BQP算法的一组关系R,该算法在输入x上找到任何满足的y(x,y)⊆r。(Aaronson09 [1])
摘要:推断数据中的算法结构对于发现因果生成模型至关重要。在本研究中,我们提出了一个使用电路模型的量子计算框架,用于估计算法信息指标。图灵机的规范计算模型在时间和空间资源上受到限制,以使目标指标在现实假设下可计算。自动机的通用先验分布作为量子叠加获得,进一步调节以估计指标。探索了特定情况,其中量子实现提供多项式优势,而不是相应的经典情况所需的详尽枚举。非结构化输出数据和图灵机的计算不可约性使得该算法无法使用启发式方法来近似。因此,探索程序输出关系的空间是使用无法反量化的 Grover 搜索来展示量子霸权最有希望的问题之一。为自复制程序和短字符串的算法复杂性开发了量子加速的实验用例。随着量子计算硬件迅速实现技术成熟,我们讨论了该框架将如何为元生物学、系统发育树分析、蛋白质-蛋白质相互作用映射和合成生物学中的各种基因组学应用带来显著优势。这是首次使用量子计算实现实验算法信息理论。我们在 Qiskit 量子编程平台上的实现是版权所有,可在 GitHub 上公开获取。