Как хранить кубиты, сохраняя принцип неопределенности Гейзенберга?

12

Я знаю, что кубиты представлены квантовыми частицами (например, фотонами) и что их состояние задается одним свойством (например, вращением).

Мой вопрос о квантовой памяти : как кубиты хранятся в квантовом компьютере. Я полагаю, нам нужен своего рода черный ящик для принципа неопределенности Гейзенберга. Если я правильно понимаю, этот принцип важен для суперпозиции кубита.

Как этот вид черного ящика реализован в реальных квантовых компьютерах?

physical-realization physical-qubit architecture decoherence quantum-memory MEE - Восстановить Монику
источник

Ответы:

10

То, что вы называете черным ящиком , просто изолирует квантовую систему, которая хранит (или представляет) ваши кубиты от окружающей среды. Это может быть сделано несколькими способами в зависимости от вашей физической реализации. Например, в квантовом компьютере на основе ионной ловушки используют состояния одного иона для представления кубита и изолируют его от окружающей среды, поднимая его в пустом пространстве (используя ионную ловушку) и экранируя его от лазера. излучение или другие источники света, влияющие на выбранные состояния.

пирамиды
источник
спасибо за этот ответ, но у меня есть еще два вопроса: как именно ион защищен от излучения / света? и правильно ли я понимаю википедию, а ионная ловушка использует электромагнитные поля для «фиксации» кубита в одной позиции (а не в состоянии)?
MEE - Восстановить Монику
@MEE Я пытался отредактировать ответ, но я просто не знаю, как, поскольку это кажется таким тривиальным: экранирование чего-либо от света просто означает держать его в темноте (по крайней мере, в отношении определенного лазерного света, необходимого для реализации квантовых вентилей: просто заблокировать их свет с помощью затвора). Да, вы правильно понимаете википедию, за исключением того, что для квантовых вычислений обычно используются квадрупольные ионные ловушки, поэтому все это происходит исключительно из-за электрических, а не магнитных полей. Они действительно поддерживают положение иона (взаимодействуя с ним) и, в некотором смысле, также его состояние (оставляя его в покое, то есть не взаимодействуя с ним).
пирамиды
так что в основном у нас есть большая (может быть 20 см) бетонная стена (для защиты от излучения и света), и внутри нее находятся ионы, захваченные электрическим полем? хорошо спасибо.
MEE - Восстановить Монику
2
Это гораздо проще: для блокирования соответствующего излучения (обычно видимого и, возможно, ультрафиолетового или инфракрасного света) достаточно даже небольшого количества бумаги. У вас все еще намного больше этого, потому что вы также хотите, чтобы молекулы воздуха не взаимодействовали с ионами, поэтому вам нужна сверхвысокая вакуумная камера, которая сделана из стенок из стали толщиной 2 см или алюминия.
пирамиды
2

Ваш вопрос неявно вращается вокруг концепции квантовой декогеренции и того, как надолго защитить ее от реальных реализаций кубитов.

Это невероятно общая проблема, и в то же время детали очень сильно зависят от используемой технологии.

Если у вас есть доступ к нему, вы можете проверить главу 5: «Шум и декогеренция» в теории и проектировании квантовых когерентных структур . Кроме того, для иллюстрации текущего состояния различных подходов вы можете проверить этот европейский проект по разработке электронной квантовой когерентности и корреляции в гибридных наноструктурах или этот другой европейский проект ( отказ от ответственности: это мой собственный подход ) на Химический подход к молекулярным спиновым кубитам .

Поскольку проблема хранения квантовой информации является жизненно важной, были разработаны некоторые общие стратегии. В двух словах:

  • Квантовая коррекция ошибок (также для немного устаревшего педагогического обзора см. Квантовая коррекция ошибок для начинающих ), которая сама по себе является огромным полем и основана именно на признании неудачи в построении достаточной защиты кубитов и, следовательно, необходимости активного вмешательства защитить квантовую информацию от деградации.

  • Существуют различные подходы к гибридным квантовым устройствам, где информация обрабатывается в кубитах, которые сильно и быстро взаимодействуют друг с другом и нашими внешними стимулами (а также с источниками шума), и впоследствии сохраняется в кубитах, которые очень слабо и медленно взаимодействуют с каждым стимулом (желательно или не). Опять же, это семейство подходов слишком сильно зависит от технических деталей, чтобы делать общие заявления.

agaitaarino
источник