Bagaimana cara menyimpan qubit sambil mempertahankan prinsip ketidakpastian Heisenberg?

12

Saya tahu bahwa qubit diwakili oleh partikel kuantum (misalnya foton) dan bahwa keadaannya diberikan oleh satu properti (misalnya spin).

Pertanyaan saya adalah tentang memori kuantum : bagaimana qubit disimpan dalam komputer kuantum. Saya kira kita membutuhkan semacam kotak hitam agar prinsip ketidakpastian Heisenberg bisa berfungsi. Jika saya memahami ini dengan benar, prinsip ini relevan untuk superposisi qubit.

Bagaimana kotak hitam semacam ini diterapkan di komputer kuantum nyata?

physical-realization physical-qubit architecture decoherence quantum-memory MEE - Pasang kembali Monica
sumber

Jawaban:

10

Apa yang Anda sebut kotak hitam hanyalah mengisolasi sistem kuantum yang menyimpan (atau mewakili) qubit Anda dari lingkungan. Ini dapat dilakukan dalam beberapa cara tergantung pada realisasi fisik Anda. Sebagai contoh, dalam komputer kuantum berbasis perangkap ion, seseorang menggunakan keadaan ion tunggal untuk mewakili qubit, dan mengisolasinya dari lingkungan dengan melayang di ruang kosong (menggunakan perangkap ion) dan dengan melindunginya dari jenis laser radiasi atau sumber cahaya lain yang mempengaruhi keadaan yang dipilih.

piramida
sumber
terima kasih atas jawaban ini, tapi saya punya dua pertanyaan lagi: bagaimana tepatnya ion terlindung dari radiasi / cahaya? dan apakah saya memahami wikipedia dengan benar dan jebakan ion menggunakan medan elektromagnetik untuk "memperbaiki" qubit dalam satu posisi (bukan status)?
MEE - Pasang kembali Monica
@MEE Saya mencoba mengedit jawabannya, tapi saya tidak tahu bagaimana karena kelihatannya sepele: Melindungi sesuatu dari cahaya berarti membuatnya tetap gelap (setidaknya berkaitan dengan sinar laser tertentu yang diperlukan untuk mengimplementasikan gerbang kuantum: hanya tutup cahayanya dengan rana). Ya, Anda memahami wikipedia dengan benar, kecuali untuk komputasi kuantum, biasanya perangkap ion quadrupole digunakan, jadi itu semua semata-mata karena listrik, bukan medan magnet. Mereka memang mempertahankan posisi ion (dengan berinteraksi dengannya) dan, dengan suatu cara, juga keadaannya (dengan membiarkannya sendiri, yaitu tidak berinteraksi dengannya).
Piramida
jadi pada dasarnya kita memiliki dinding beton besar (mungkin 20cm) (untuk melindungi dari radiasi dan cahaya) dan di dalamnya apakah ion-ion ini terperangkap oleh medan listrik? Ok terima kasih.
MEE - Pasang kembali Monica
2
Ini jauh lebih sederhana: Untuk memblokir radiasi yang relevan (biasanya terlihat dan mungkin sinar ultraviolet atau inframerah), bahkan sedikit kertas sudah cukup. Anda masih memiliki lebih dari itu karena Anda juga ingin menjaga agar molekul udara tidak berinteraksi dengan ion, jadi Anda memerlukan ruang vakum ultra-tinggi yang terbuat dari dinding baja atau aluminium setebal 2 cm.
piramida
2

Pertanyaan Anda berputar secara implisit di sekitar konsep dekoherensi kuantum dan bagaimana melindungi implementasi qubit dunia nyata dari itu untuk waktu yang lama.

Ini adalah masalah yang sangat umum, dan pada saat yang sama, perinciannya sangat bergantung pada teknologi yang digunakan.

Jika Anda memiliki akses ke sana, Anda dapat memeriksa bab 5: "Kebisingan dan dekoherensi" dari Teori dan Desain Struktur Koheren Kuantum . Juga, untuk ilustrasi tentang berbagai pendekatan terkini, Anda dapat memeriksa proyek Europen ini tentang Rekayasa koherensi kuantum elektronik dan korelasi dalam struktur nano hibrida , atau proyek Eropa lainnya ini ( disclaimer: ini adalah pendekatan saya sendiri ) di Pendekatan Kimia untuk spin Molekuler Qubit .

Karena masalah penyimpanan informasi kuantum sangat penting, beberapa strategi umum telah dikembangkan. Pendeknya:

  • Quantum Error Correction (juga, untuk review pedagogis yang sedikit ketinggalan zaman lihat Quantum Error Correction for Beginners ) yang merupakan bidang besar dengan sendirinya dan yang didasarkan tepat pada pengakuan kegagalan dalam membangun perlindungan yang cukup untuk qubit dan karena itu perlunya intervensi aktif. untuk melindungi informasi kuantum dari degradasi.

  • Ada berbagai pendekatan untuk perangkat kuantum hibrid, di mana informasi diproses dalam qubit yang berinteraksi kuat dan cepat satu sama lain dan rangsangan eksternal kami (dan juga dengan sumber kebisingan) dan selanjutnya disimpan dalam qubit yang berinteraksi sangat lemah dan lambat dengan setiap stimulus (diinginkan atau tidak). Sekali lagi, keluarga pendekatan ini terlalu bergantung pada detail teknologi untuk membuat pernyataan umum.

agaitaarino
sumber