Bagaimana gerbang kuantum diimplementasikan dalam kenyataan?

Gerbang kuantum tampaknya seperti kotak hitam. Meskipun kita tahu jenis operasi apa yang akan mereka lakukan, kita tidak tahu apakah itu benar-benar mungkin untuk diterapkan dalam kenyataan (atau, kan?). Dalam komputer klasik, kami menggunakan AND, NOT, OR, XOR, NAND, NOR, dll yang sebagian besar diimplementasikan menggunakan perangkat semikonduktor seperti dioda dan transistor. Apakah ada implementasi eksperimental serupa gerbang kuantum? Apakah ada "gerbang universal" dalam komputasi kuantum (seperti gerbang NAND universal dalam komputasi klasik)?

Seseorang dapat mereplikasi gerbang kuantum apa pun atau setidaknya menutup secara sewenang-wenang menggunakan jumlah yang cukup dari gerbang rotasi CNOT, H, X, Z, dan $\pi/8$ . Itu karena mereka membentuk seperangkat universal gerbang kuantum (lihat: M. Nielsen dan I. Chuang, Komputasi Quantum dan Informasi Quantum, Cambridge University Press, 2016, halaman 189 ). Hati-hati di sini. Jelas, kita tidak bisa mengimplementasikan gerbang kuantum sewenang-wenang $U$ dengan presisi yang tak terbatas. Sebagai gantinya, mengingat $\epsilon>0$ , kami mengimplementasikan $U_{\epsilon}$ , yaitu $\epsilon$ tutup ke $U$ (lihat:Mekanika Quantum dan Komputasi Quantum MOOC ditawarkan oleh UC Berkely di EdX ). Ketidaksempurnaan gerbang kuantum ini adalah salah satu alasan utama kita memerlukan kode koreksi kesalahan .

Ada upaya untuk mengimplementasikan gerbang dasar itu. Saya menambahkan beberapa karya penelitian terbaru yang terkait dengan upaya ini:

• CNOT: Konstruksi gerbang NOT-kontrol berbasis pada gerbang fase aktif-mikro (MAP) dalam dua sistem transmon dan atom Rydberg berbasis $\text{CNOT}^{\text{N}}$ gerbang mesoscopic menggunakan STIRAP

• Hadamard (H): Suatu pendekatan untuk mewujudkan gerbang Hadamard kuantum melalui implementasi optik

• Fase flip (Z): Implementasi satu langkah dari gerbang fase-kontrol-multiqubit yang dikendalikan & Mewujudkan gerbang fase-balik terkontrol-kuantum melalui titik kuantum dalam pandu gelombang kristal fotonik silikon cahaya-lambat silikon

• Bit Flip (X): Chiral Spin Flipping Gate Diimplementasikan dalam IBM Quantum Experience

• $\pi/8$

Seperti yang disebutkan oleh Wikipedia, satu set gerbang kuantum universal terdiri dari gerbang Ising dan gerbang fase-shift. Ini adalah seperangkat gerbang yang tersedia secara native di beberapa komputer kuantum ion yang terperangkap ( Demonstrasi komputer kuantum kecil yang dapat diprogram dengan qubit atom ).