Come sono implementate le porte quantistiche nella realtà?

Le porte quantiche sembrano essere scatole nere. Sebbene sappiamo quale tipo di operazione eseguiranno, non sappiamo se sia effettivamente possibile implementare nella realtà (o, vero?). Nei computer classici, utilizziamo AND, NOT, OR, XOR, NAND, NOR, ecc. Che sono per lo più implementati utilizzando dispositivi a semiconduttore come diodi e transistor. Esistono implementazioni sperimentali simili di porte quantistiche? Esiste un "cancello universale" nel calcolo quantistico (come il cancello NAND è universale nel calcolo classico)?

Si può replicare qualsiasi gate quantistico o almeno avvicinarsi arbitrariamente usando un numero sufficiente di cancelli di rotazione CNOT, H, X, Z e . Questo perché formano un insieme universale di porte quantistiche (fare riferimento a: M. Nielsen e I. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, 2016, pagina 189 ). Stai attento qui. Chiaramente, non possiamo implementare alcuna porta quantistica arbitraria con precisione infinita. Invece, dato , implementiamo , che è -close to (fare riferimento a: Quantum Mechanics e Quantum Computation MOOC offerti da UC Berkely su EdX$\pi/8$$U$$\epsilon>0$$U_{\epsilon}$$\epsilon$$U$). Questa imperfezione delle porte quantistiche è uno dei motivi principali per cui abbiamo bisogno di codici di correzione degli errori .

Ci sono stati tentativi di implementare quelle porte di base. Sto aggiungendo alcuni dei recenti lavori di ricerca relativi a questi tentativi:

• CNOT: costruzione di gate NON controllati basati su gate a fase attivata da microonde (MAP) in due sistemi di transoni e gate mesoscopici basati su atomi di Rydberg usando STIRAP$\text{CNOT}^{\text{N}}$

• Hadamard (H): un approccio per realizzare una porta quantica di Hadamard attraverso l'implementazione ottica

• Phase flip (Z): implementazione in un passaggio di un gate a vibrazione di fase controllata multiqubit e realizzazione di gate a scorrimento di fase a controllo quantico attraverso un punto quantico in una guida d'onda in cristallo fotonico a luce lenta a silicio

• Bit Flip (X): Chiral Spin Flipping Gate implementato in IBM Quantum Experience

• $\pi/8$Rotazione : versioni Qudit del gate "pi-over-eight" qubit

Come cita Wikipedia, un'altra serie di porte quantistiche universali è costituita dalla porta Ising e dalla porta a sfasamento. Queste sono le porte disponibili nativamente in alcuni computer quantistici a ioni intrappolati ( dimostrazione di un piccolo computer quantistico programmabile con qubit atomici ).