Jak przechowywać kubity, zachowując zasadę nieoznaczoności Heisenberga?

12

Wiem, że kubity są reprezentowane przez cząstki kwantowe (na przykład fotony) i że ich stan jest określony przez jedną właściwość (na przykład spin).

Moje pytanie dotyczy pamięci kwantowej : w jaki sposób kubity są przechowywane w komputerze kwantowym. Przypuszczam, że potrzebujemy pewnego rodzaju czarnej skrzynki, aby zasada nieoznaczoności Heisenberga zadziałała. Jeśli dobrze to rozumiem, zasada ta jest istotna dla superpozycji kubita.

Jak ten rodzaj czarnej skrzynki jest implementowany w prawdziwych komputerach kwantowych?

physical-realization physical-qubit architecture decoherence quantum-memory MEE - Przywróć Monikę
źródło

Odpowiedzi:

10

To, co nazywacie czarną skrzynką, to po prostu izolacja systemu kwantowego, który przechowuje (lub reprezentuje) kubity od środowiska. Można to zrobić na kilka sposobów, w zależności od fizycznej realizacji. Na przykład w komputerze kwantowym opartym na pułapce jonowej wykorzystuje się stany pojedynczego jonu do reprezentowania kubita i izoluje go od otoczenia, lewitując go w pustej przestrzeni (za pomocą pułapki jonowej) i osłaniając go przed rodzajem lasera promieniowanie lub inne źródła światła, które wpływają na wybrane stany.

piramidy
źródło
dziękuję za tę odpowiedź, ale mam jeszcze dwa pytania: jak dokładnie jon jest chroniony przed promieniowaniem / światłem? i czy rozumiem poprawnie wikipedię, a pułapka jonowa wykorzystuje pola elektromagnetyczne do „naprawy” kubita w jednej pozycji (nie w stanie)?
MEE - Przywróć Monikę
@MEE Próbowałem edytować odpowiedź, ale po prostu nie wiem jak, ponieważ wydaje się to tak trywialne: Osłonięcie czegoś przed światłem oznacza po prostu utrzymanie go w ciemności (przynajmniej w odniesieniu do określonego światła laserowego potrzebnego do wdrożenia bram kwantowych: po prostu zablokować ich światło za pomocą migawki). Tak, poprawnie rozumiesz wikipedię, z wyjątkiem tego, że do obliczeń kwantowych zwykle stosuje się pułapki jonowe kwadrupoli, więc wszystko to wynika wyłącznie z pola elektrycznego, a nie magnetycznego. Rzeczywiście utrzymują pozycję jonu (poprzez interakcję z nim), a także, w pewien sposób, jego stan (pozostawiając go w spokoju, tzn. Nie wchodząc z nim w interakcję).
piramidy
więc w zasadzie mamy dużą (może 20 cm) ścianę z betonu (chroniącą przed promieniowaniem i światłem), a wewnątrz niej jony są uwięzione przez pole elektryczne? ok dzięki.
MEE - Przywróć Monikę
2
Jest to o wiele prostsze: do zablokowania odpowiedniego promieniowania (zwykle widzialnego i prawdopodobnie ultrafioletowego lub podczerwonego) wystarczyłoby nawet trochę papieru. Nadal masz o wiele więcej, ponieważ chcesz również zapobiegać oddziaływaniu cząsteczek powietrza z jonami, dlatego potrzebujesz komory o bardzo wysokiej próżni, wykonanej ze ścian ze stali lub aluminium o grubości 2 cm.
piramidy
2

Twoje pytanie dotyczy domyślnie koncepcji dekoherencji kwantowej i tego, jak chronić przed nią rzeczywiste implementacje kubitów.

Jest to niezwykle ogólny problem, a jednocześnie szczegóły są bardzo zależne od zastosowanej technologii.

Jeśli masz do niego dostęp, możesz sprawdzić rozdział 5: „Hałas i decoherence” teorii i projektowania kwantowych struktur spójnych . Aby zilustrować obecny stan różnych podejść, możesz sprawdzić ten projekt Europen dotyczący inżynierii elektronicznej kwantowej spójności i korelacji w nanostrukturach hybrydowych lub inny projekt europejski ( zrzeczenie się: to moje własne podejście ) w sprawie Chemiczne podejście do kubitów spinowych molekularnych .

Ponieważ problem przechowywania informacji kwantowej ma zasadnicze znaczenie, opracowano kilka ogólnych strategii. W skrócie:

  • Kwantowa korekcja błędów (również nieco przestarzały przegląd pedagogiczny, patrz Kwantowa korekcja błędów dla początkujących ), która sama w sobie jest ogromnym obszarem i która opiera się właśnie na przyznaniu się do niepowodzenia w zapewnieniu wystarczającej ochrony kubitom, a zatem konieczności aktywnej interwencji w celu ochrony informacji kwantowej przed degradacją.

  • Istnieją różne podejścia do hybrydowych urządzeń kwantowych, w których informacje przetwarzane są w kubitach, które silnie i szybko oddziałują ze sobą i naszymi bodźcami zewnętrznymi (a także ze źródłami hałasu), a następnie przechowywane w kubitach, które oddziałują bardzo słabo i powoli z każdym bodźcem (pożądane albo nie). Ponownie, ta rodzina podejść jest w zbyt dużym stopniu uzależniona od szczegółów technologicznych, aby móc sformułować ogólne stwierdzenia.

agaitaarino
źródło