Mengapa komputer kuantum optik tidak harus dijaga mendekati nol absolut sementara komputer kuantum superkonduktor lakukan?

Ini adalah pertanyaan lanjutan untuk jawaban @ heather untuk pertanyaan: Mengapa komputer kuantum harus dijaga agar tetap mendekati nol mutlak?

Apa yang saya tahu:

• Komputasi kuantum superkonduktor : Ini adalah implementasi komputer kuantum dalam sirkuit elektronik superkonduktor.

• Komputasi kuantum optik : Menggunakan foton sebagai pembawa informasi, dan elemen optik linier untuk memproses informasi kuantum, dan menggunakan detektor foton dan memori kuantum untuk mendeteksi dan menyimpan informasi kuantum.

Selanjutnya, inilah yang dikatakan Wikipedia tentang komputasi kuantum superkonduktor :

Model komputasi klasik bergantung pada implementasi fisik yang konsisten dengan hukum mekanika klasik. Akan tetapi, diketahui bahwa deskripsi klasik hanya akurat untuk kasus-kasus tertentu, sedangkan deskripsi alam yang lebih umum diberikan oleh mekanika kuantum. Komputasi kuantum mempelajari penerapan fenomena kuantum, yang berada di luar jangkauan perkiraan klasik, untuk pemrosesan informasi dan komunikasi. Ada berbagai model komputasi kuantum, namun model yang paling populer menggabungkan konsep qubit dan gerbang kuantum. Qubit adalah generalisasi dari bit - sebuah sistem dengan dua keadaan yang memungkinkan, yang dapat berada dalam superposisi kuantum dari keduanya. Gerbang kuantum adalah generalisasi gerbang logika: itu menggambarkan transformasi yang akan dialami satu atau lebih qubit setelah gerbang diterapkan pada mereka, mengingat keadaan awal mereka. Implementasi fisik qubit dan gerbang sulit, karena alasan yang sama bahwa fenomena kuantum sulit diamati dalam kehidupan sehari-hari.Salah satu pendekatan adalah menerapkan komputer kuantum dalam superkonduktor, di mana efek kuantum menjadi makroskopis, meskipun dengan harga suhu operasi yang sangat rendah.

Ini masuk akal! Namun, saya mencari mengapa komputer kuantum optik tidak memerlukan "suhu sangat rendah" tidak seperti komputer kuantum superkonduktor. Bukankah mereka menderita masalah yang sama yaitu bukankah fenomena kuantum di komputer kuantum optik sulit diamati seperti halnya komputer kuantum superkonduktor? Apakah efek kuantum sudah makroskopis pada suhu kamar, di komputer seperti itu? Kenapa begitu?

Saya telah melalui deskripsi komputasi kuantum optik Linear di Wikipedia , tetapi tidak menemukan referensi untuk "suhu" seperti itu.

Saya mencari mengapa komputer kuantum optik tidak memerlukan "suhu sangat rendah" tidak seperti komputer kuantum superkonduktor.

Qubit superkonduktor biasanya bekerja dalam rentang frekuensi 4 GHz hingga 10 GHz. Energi yang terkait dengan frekuensi transisi $f_{10}$ dalam mekanika kuantum adalah $E_{10} = h f_{10}$ mana $h$ adalah konstanta Planck. Membandingkan energi qubit transisi ke termal energi $E_\text{thermal} = k_b T$ (di mana $k_b$ adalah konstanta Boltzmann), kita melihat bahwa energi qubit berada di atas energi panas ketika

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

Di sisi lain, anggaplah dua keadaan qubit optik $\left \lvert 0 \right \rangle$ dan $\left \lvert 1 \right \rangle$$10^{14}$

Bukankah mereka menderita masalah yang sama yaitu bukankah fenomena kuantum di komputer kuantum optik sulit diamati seperti halnya komputer kuantum superkonduktor?

$^{[a]}$. Faktanya, detektor foto terbaik sebenarnya perlu dioperasikan di lingkungan cryogenik, jadi beberapa arsitektur komputasi kuantum optik memerlukan pendinginan kriogenik meskipun fakta bahwa qubit sendiri memiliki frekuensi yang sangat tinggi.

PS Jawaban ini bisa diperluas sedikit. Jika seseorang memiliki aspek tertentu yang ingin mereka ketahui lebih lanjut, silakan tinggalkan komentar.

$[a]$

Karena cahaya, pada frekuensi yang tepat, berinteraksi lemah dengan materi. Dalam rezim kuantum, ini diterjemahkan menjadi foton tunggal yang sebagian besar bebas dari kebisingan dan dekoherensi yang merupakan hambatan utama dengan arsitektur QC lainnya. Suhu di sekitarnya tidak mengganggu keadaan kuantum foton seperti halnya ketika informasi kuantum dibawa oleh materi (atom, ion, elektron, sirkuit superkonduktor, dll.). Misalnya, transmisi qubit fotonik yang andal (lebih tepatnya, protokol QKD) antara Cina dan Austria, menggunakan satelit orbit rendah sebagai tautan, baru-baru ini diperlihatkan (lihat misalnya di sini ).

Sayangnya, cahaya juga berinteraksi sangat lemah (seperti pada dasarnya tidak) dengan cahaya lain. Foton berbeda yang tidak berinteraksi satu sama lain adalah apa yang membuat perhitungan kuantum optik agak rumit. Misalnya, elemen dasar seperti gerbang dua-qubit, ketika qubit dibawa oleh foton yang berbeda, memerlukan beberapa bentuk nonlinier, yang umumnya lebih sulit untuk diterapkan secara eksperimental.

DanielSank benar, tetapi saya pikir jawabannya sebenarnya lebih halus. Jika tidak ada kerugian juga tidak mungkin radiasi latar bocor ke perangkat kuantum Anda. Bahkan jika awalnya bersemangat secara termal, seseorang dapat secara aktif mengatur ulang status qubit. Jadi, di samping eksitasi termal dari microwave qubit, alasan mendasar bagi mereka yang didinginkan hingga suhu yang sangat rendah adalah benar-benar hilangnya dielektrik material tempat keadaan kuantum hidup.

Udara hampir tidak menimbulkan kerugian pada foton optik, tetapi sirkuit listrik benar-benar menipiskan plasmon frekuensi gelombang mikro yang membawa informasi kuantum. Sejauh ini satu-satunya cara untuk menghilangkan kerugian ini adalah dengan menggunakan superkonduktor, dan, selain itu, untuk pergi ke cryatuers cryogenic jauh lebih rendah daripada suhu kritis dari superkonduktor, tetapi tidak ada alasan mendasar untuk tidak dapat menggunakan suhu yang lebih tinggi di masa depan, begitu material dengan kerugian yang lebih rendah tersedia .