Jak obrócić kubit stanu Fock?

Czytałem, że kubit może być kodowany w stanie Focka , takim jak obecność lub brak fotonu. Jak wykonujesz pojedyncze rotacje kubitów w stanach Focka?

Superpozycje w przestrzeni Focka i rotacje w przestrzeni Focka są absolutnie wszechobecne.

• Należy zauważyć, że wszystkie klasyczne stany pola elektromagnetycznego są superpozycjami wielu różnych stanów własnych liczby fotonów.

• Cała dyscyplina kwantowej teorii pola (w przybliżeniu) dotyczy tego, które obroty w pewnych fizycznie zmotywowanych przestrzeniach Focka są dozwolone i jakie amplitudy faktycznie występują.

• Eksperymentalne paradygmaty obwodu i wnęki QED - które znakomicie potwierdzają prognozy tej 70-letniej teorii - wyraźnie dotyczą operacji na stanach numerów fotonów (w szczególności, jak to ujął DaftWullie, „obecność lub brak pojedynczego fotonu”. it), i są fundamentami fizyki atomowej, molekularnej i optycznej. Obwód QED jest podstawową teorią leżącą u podstaw kubitów nadprzewodzących, przy których wykazano, że urządzenia wykazują spójne efekty kwantowe ponad wszelkie uzasadnione lub nieuzasadnione wątpliwości. Serge Haroche otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2012 roku za pracę nad QED wnęki, w której z radością tworzył, kontrolował i mierzył superpozycje niewielkiej liczby fotonów mikrofalowych. Wielu eksperymentatorów robi to codziennie.

• Od dawna sugerowano, że do reprezentowania jednego lub więcej kubitów w praktycznym komputerze kwantowym można zastosować jeden tryb harmoniczny, w którym stany logiczne są kodowane jako superpozycje stanów o różnej liczbie zawodów. Kilka pomysłów, jak to zrobić, a także kilka powodów, dla których może to nie być najlepszy pomysł, zobacz Nielsen i Chuang, sekcja 7.2.

Nie brakuje literatury na temat sposobów wykonywania tego rodzaju operacji. W rzeczywistości nietrywialna część współczesnej fizyki zajmuje się właśnie tym. Nie mogę sobie wyobrazić, gdzie i jak wpadłbyś na przeciwny pomysł.

Krótka odpowiedź brzmi: nie możesz. Jest coś, co nazywa się „regułą superselekcji liczby cząstek”, która zakłada, że ​​nie można stworzyć superpozycji różnej liczby cząstek. Tak więc, jeśli przygotujesz stan Focka, możesz wykonywać bramki fazowe i odwracać bity, ale nie możesz wykonywać dowolnych obrotów, które tworzą superpozycje o różnej liczbie cząstek.

Dłuższą odpowiedzią jest to, że czasami możesz tworzyć superpozycje, jeśli masz odpowiednią ramkę odniesienia. Jest to dobra dyskusja z tych rzeczy tutaj . To jest powód, dla którego można tworzyć stany, takie jak stany spójne , które są superpozycjami różnych liczb fotonów (i są one wykorzystywane do obliczeń kwantowych, ale to zupełnie inne pytanie). Uważam jednak, że nie może to działać z małymi liczbami fotonów (np. Obecność lub brak pojedynczego fotonu). Jedyne, co możesz zrobić w tym kontekście, to utworzyć superpozycję pojedynczego fotonu znajdującego się w jednym z dwóch miejsc.