Dlaczego optyczne komputery kwantowe nie muszą być utrzymywane w pobliżu zera absolutnego, podczas gdy nadprzewodzące komputery kwantowe tak robią?

To jest pytanie uzupełniające do odpowiedzi @ heather na pytanie: Dlaczego komputery kwantowe muszą być utrzymywane w pobliżu zera absolutnego?

Co wiem:

• Nadprzewodnikowe obliczenia kwantowe : Jest to implementacja komputera kwantowego w nadprzewodzącym obwodzie elektronicznym.

• Optyczne obliczenia kwantowe : Wykorzystuje fotony jako nośniki informacji, a liniowe elementy optyczne przetwarzają informacje kwantowe, a detektory fotonów i pamięci kwantowe wykorzystują do wykrywania i przechowywania informacji kwantowych.

Następnie Wikipedia mówi o nadprzewodzącym przetwarzaniu kwantowym :

Klasyczne modele obliczeniowe opierają się na fizycznych implementacjach zgodnych z prawami mechaniki klasycznej. Wiadomo jednak, że klasyczny opis jest dokładny tylko w określonych przypadkach, podczas gdy bardziej ogólny opis natury podaje mechanika kwantowa. Obliczenia kwantowe badają zastosowanie zjawisk kwantowych, które są poza zakresem klasycznej aproksymacji, do przetwarzania i komunikacji informacji. Istnieją różne modele obliczeń kwantowych, jednak najbardziej popularne modele obejmują pojęcia kubitów i bramek kwantowych. Kubit jest uogólnieniem bitu - układu z dwoma możliwymi stanami, który może być kwantową superpozycją obu. Bramka kwantowa jest uogólnieniem bramki logicznej: opisuje transformację, której doświadczy jeden lub więcej kubitów po zastosowaniu na nich bramki, biorąc pod uwagę ich stan początkowy. Fizyczna realizacja kubitów i bram jest trudna z tych samych powodów, dla których zjawiska kwantowe są trudne do zaobserwowania w życiu codziennym.Jednym z podejść jest wdrożenie komputerów kwantowych w nadprzewodnikach, w których efekty kwantowe stają się makroskopowe, choć za cenę wyjątkowo niskich temperatur pracy.

To ma sens! Szukałem jednak, dlaczego optyczne komputery kwantowe nie potrzebują „ekstremalnie niskich temperatur” w przeciwieństwie do nadprzewodzących komputerów kwantowych. Czy nie cierpią z powodu tego samego problemu, tj. Czy zjawiska kwantowe w optycznych komputerach kwantowych nie są trudne do zaobserwowania, tak jak w przypadku nadprzewodzących komputerów kwantowych? Czy efekty kwantowe są już makroskopowe w temperaturze pokojowej w takich komputerach? Dlaczego tak?

Przeglądałem liniowe optyczne obliczenia kwantowe na Wikipedii , ale nie znalazłem odniesienia do „temperatury” jako takiej.

Szukałem, dlaczego optyczne komputery kwantowe nie potrzebują „ekstremalnie niskich temperatur” w przeciwieństwie do nadprzewodzących komputerów kwantowych.

$f_{10}$$E_{10} = h f_{10}$$h$$E_\text{thermal} = k_b T$$k_b$

$T < 0.48 \, \text{K}$

$\left \lvert 0 \right \rangle$$\left \lvert 1 \right \rangle$$10^{14}$

Czy nie cierpią z powodu tego samego problemu, tj. Czy zjawiska kwantowe w optycznych komputerach kwantowych nie są trudne do zaobserwowania, tak jak w przypadku nadprzewodzących komputerów kwantowych?

$^{[a]}$. W rzeczywistości najlepsze fotodetektory faktycznie muszą działać w środowisku kriogenicznym, więc niektóre optyczne architektury obliczeń kwantowych wymagają chłodzenia kriogenicznego, mimo że same kubity mają bardzo wysoką częstotliwość.

PS Ta odpowiedź może być nieco rozszerzona. Jeśli ktoś ma konkretny aspekt, o którym chciałby dowiedzieć się więcej, zostaw komentarz.

$[a]$

Ponieważ światło o odpowiednich częstotliwościach słabo oddziałuje z materią. W reżimie kwantowym przekłada się to na to, że pojedyncze fotony są w dużej mierze wolne od szumu i dekoherencji, co stanowi główną przeszkodę dla innych architektur QC. Temperatura otoczenia nie zakłóca stanu kwantowego fotonu tak bardzo, jak ma to miejsce, gdy informacja kwantowa jest przenoszona przez materię (atomy, jony, elektrony, obwody nadprzewodzące itp.). Na przykład ostatnio zademonstrowano niezawodną transmisję kubitów fotonicznych (a dokładniej protokołu QKD) między Chinami i Austrią, wykorzystując jako satelitę niskiej orbity (patrz np. Tutaj ).

Niestety światło również bardzo słabo oddziałuje (jak w zasadzie tak nie jest) z innym światłem. Różne fotony nie wchodzące w interakcje ze sobą sprawiają, że optyczne obliczenia kwantowe są nieco trudne. Na przykład podstawowe elementy, takie jak bramki dwububitowe, gdy kubity są przenoszone przez różne fotony, wymagają pewnej formy nieliniowości, która generalnie jest trudniejsza do wdrożenia eksperymentalnego.

DanielSank ma rację, ale myślę, że odpowiedź jest jeszcze bardziej subtelna. Gdyby nie było strat, promieniowanie tła nie wyciekłoby również do twojego urządzenia kwantowego. Nawet jeśli początkowo był on wzbudzony termicznie, można aktywnie zresetować stan kubitów. Tak więc, oprócz wzbudzeń termicznych kubitów mikrofalowych, podstawowym powodem ich schładzania do tak niskiej temperatury jest tak naprawdę utrata dielektryczna materiałów, w których żyje stan kwantowy.

Powietrze nie powoduje prawie żadnych strat w fotonach optycznych, ale obwody elektryczne tłumią plazmony o częstotliwości mikrofalowej przenoszące informację kwantową. Jak dotąd jedynym sposobem na pozbycie się tych strat jest zastosowanie nadprzewodników, a ponadto przejście do temperatur kriogenicznych znacznie niższych niż temperatura krytyczna nadprzewodników, ale nie ma fundamentalnych powodów, dla których nie można zastosować wyższych temperatur w przyszłości, gdy staną się dostępne materiały o niższej stracie .