Jak w rzeczywistości realizowane są bramy kwantowe?

Bramy kwantowe wydają się być jak czarne skrzynki. Chociaż wiemy, jaką operację wykonają, nie wiemy, czy rzeczywiście jest to możliwe do zrealizowania w rzeczywistości (czy też my?). W klasycznych komputerach używamy AND, NOT, OR, XOR, NAND, NOR itp., Które są najczęściej realizowane za pomocą urządzeń półprzewodnikowych, takich jak diody i tranzystory. Czy istnieją podobne eksperymentalne wdrożenia bram kwantowych? Czy jest jakaś „uniwersalna bramka” w obliczeniach kwantowych (tak jak brama NAND jest uniwersalna w obliczeniach klasycznych)?

Można replikować dowolną bramę kwantową lub przynajmniej dowolnie się zamknąć za pomocą wystarczającej liczby bramek obrotowych CNOT, H, X, Z i $\pi/8$ . Jest tak, ponieważ tworzą one uniwersalny zestaw bram kwantowych (patrz: M. Nielsen i I. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, 2016, strona 189 ). Uważaj tutaj. Oczywiście nie możemy wdrożyć żadnej arbitralnej bramki kwantowej $U$ z nieskończoną precyzją. Zamiast tego, biorąc pod uwagę $\epsilon>0$ , implementujemy $U_{\epsilon}$ , czyli $\epsilon$ -close do $U$ (patrz:Mechanika kwantowa i obliczenia kwantowe MOOC oferowane przez UC Berkely na EdX ). Ta niedoskonałość bram kwantowych jest jednym z głównych powodów, dla których potrzebujemy kodów korekcji błędów .

Podjęto próby wdrożenia tych podstawowych bram. Dodaję niektóre z ostatnich prac badawczych związanych z tymi próbami:

• CNOT: Budowa bramki z kontrolowanym NOT opartej na bramce z fazą aktywowaną mikrofalami (MAP) w układzie dwóch transmonów i mezoskopowej bramki $\text{CNOT}^{\text{N}}$ atomach Rydberga za pomocą STIRAP

• Hadamard (H): Podejście do realizacji kwantowej bramki Hadamarda poprzez implementację optyczną

• Fazę klapki (Z) realizacja jednoetapowa z multiqubit kontrolowanego wycofywania bramka ograniczająca i sposoby wykorzystania kwantową sterowane bramy fazowo Przerzucać kropką kwantową w krzemu powoli światła kryształu fotonicznego falowodu

• Bit Flip (X): Chiral Spin Flipping Gate zaimplementowany w IBM Quantum Experience

• $\pi/8$

Jak wspomina Wikipedia, inny zestaw uniwersalnych bram kwantowych składa się z bramki Isinga i bramki przesunięcia fazowego. Jest to zestaw bramek natywnie dostępnych w niektórych komputerach kwantowych z pułapką jonową ( Demonstracja małego programowalnego komputera kwantowego z kubitami atomowymi ).