Czy istnieją jakieś edukacyjne zabawki lub urządzenia do obliczeń kwantowych?

Pytanie zainspirowane tym artykułem z IEEE Spectrum na temat bloków zawierających różne filtry polaryzacyjne do użytku w salach lekcyjnych oraz moje poprzednie pytanie dotyczące reprezentowania eksperymentu z trzema filtrami polaryzacyjnymi w kategoriach obliczeń kwantowych. Tutaj chcę iść w drugą stronę.

Czy istnieją jakieś łatwo dostępne do kupienia edukacyjne kwantowe zabawki edukacyjne, takie jak te, które nauczyciel fizyki mógłby wykorzystać w klasie? Wyobrażam sobie tutaj zestaw filtrów polaryzacyjnych lub dzielników wiązki, za pomocą których można (w połączeniu z laserem) tworzyć bardzo proste obwody kwantowe.

Szczególnie interesują mnie sposoby stworzenia bramki CNOT.

Oto kilka odpowiedzi związanych z Twoim pytaniem:

1- Bardzo niedawno Chris Ferrie stworzył grę karcianą typu open source opartą na zabawkowej wersji mechaniki kwantowej, zwanej$<B|racket|S>$.

2- Firma Phase Space Computing sprzedaje zestawy elektroniczne, które symulują bramki kwantowe i proste algorytmy kwantowe.

Możesz uzyskać rodzaj ławki optycznej, która jest zwykle używana w salach lekcyjnych.

Na kilka przykładów:

3B Naukowy

Specjalizacja szkolna

Myślę, że ten, z którym uczyłem wcześniej, pochodzi z 3B, ale nie znam żadnych innych, więc zbadaj je sam, zamiast brać ode mnie rekomendację produktu. Istnieje kilka opcji, a wybór ten będzie zależał od wymagań dotyczących jakości / kosztów.

Będą one przeznaczone do eksperymentów na soczewkach i dyfrakcji, a nie polaryzacji, więc będziesz musiał uzyskać polaryzatory osobno. Przykład:

Edmund Optics

Ale widzisz, jak wszystkie elementy są układane na wierzchowcach wzdłuż toru, dzięki czemu możesz je łatwo przesuwać. Jest to rodzaj konfiguracji, której należy szukać, aby łatwiej ustawić wszystko wzdłuż linii wiązki.

Ucząc eksperymentu z trzema polaryzatorami, mielibyśmy również detektor do pomiaru intensywności, ale nie potrzebowalibyśmy tego, jeśli jest to bardziej zabawka, niż nauczenie dopasowania danych do czegoś takiego $A \sin^2 (B \theta + C)$ z analizą błędów.

Komputery kwantowe są niestety dość trudne do zbudowania. Eksperymenty z filtrami polaryzacyjnymi lub rozdzielaczami wiązki byłyby w stanie wykazać efekty kwantowe, ale nie wiem, jak stworzyć proste obwody kwantowe dla wielu kubitów, chyba że masz pojedyncze źródła fotonów i detektory.

Alternatywnie możesz użyć obecnych urządzeń w chmurze. IBM P Doświadczenie posiada prosty interfejs GUI, który byłby odpowiedni dla studentów (po pewnym Wprowadzenie), a następnie uruchomić obwód na rzeczywistym sprzęcie. Jeśli uczniowie byliby w stanie tworzyć obwody programowo, mogą używać więcej sprzętu kwantowego IBM, a także sprzętu firmy Rigetti , z innymi firmami również w przygotowaniu.

W przypadku eksperymentu z pojedynczym kubitem możesz użyć filtrów polaryzacyjnych. The$|0\rangle$ i $|1\rangle$ stany kubita mogą być związane z polaryzacją poziomą i pionową, a $|+\rangle$ i $|-\rangle$ stany mogą być powiązane z kątami $45^{\circ}$ i $135^{\circ}$. Następnie, trzymając filtr, możesz zmienić światło słoneczne w strumień pojedynczych kubitów w danym stanie.

Z drugim filtrem możesz podobnie mierzyć w $|0\rangle / |1\rangle$ podstawa (trzymając ją poziomo lub pionowo i sprawdzając, czy jakieś światło wychodzi) lub $|+\rangle / |-\rangle$podstawa (trzymając ją po przekątnej). Dzięki wielu filtrom możesz połączyć te pomiary w łańcuchy i pokazać, w jaki sposób bazy pomiarowe są komplementarne. Możesz nawet przerobić grę, którą stworzyłem, aby działała na komputerach kwantowych: pancerniki z uzupełniającymi się pomiarami .

Byłby to pojedynczy przykład kubitów, mimo że masz wiele kubitów, ponieważ są one zawsze w tym samym stanie i nigdy nie wchodzą w interakcje. Tak więc masz po prostu wiele próbek jednego procesu kubitowego, który przypadkiem świeci na was wszystkich naraz.

Ujawnienie: Pracuję dla IBM, a Rigetti dał mi kiedyś koszulkę