Come conservare i qubit preservando il principio di incertezza di Heisenberg?

So che i qubit sono rappresentati da particelle quantistiche (ad esempio fotoni) e che il loro stato è dato da una proprietà (ad esempio spin).

La mia domanda riguarda la memoria quantistica : come sono memorizzati i qubit in un computer quantistico. Suppongo che abbiamo bisogno di una specie di scatola nera perché il principio di incertezza di Heisenberg funzioni. Se lo capisco correttamente, questo principio è rilevante per la sovrapposizione del qubit.

Come viene implementato questo tipo di scatola nera nei computer quantistici reali?

— MEE - Ripristina Monica
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Risposte:

Quello che chiami una scatola nera è semplicemente isolare il sistema quantistico che memorizza (o rappresenta) i tuoi qubit dall'ambiente. Questo può essere fatto in diversi modi a seconda della tua realizzazione fisica. Ad esempio, in un computer quantistico basato su trappola ionica, si usano gli stati di un singolo ione per rappresentare un qubit e lo isola dall'ambiente levitandolo nello spazio vuoto (usando una trappola ionica) e proteggendolo dal tipo di laser radiazioni o altre fonti di luce che colpiscono gli stati scelti.

— piramidi
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grazie per questa risposta, ma ho altre due domande: in che modo esattamente lo ione è protetto dalle radiazioni / dalla luce? e sto capendo correttamente Wikipedia e una trappola ionica sta usando campi elettromagnetici per "riparare" il qubit in una posizione (non stato)?

— MEE - Ripristina Monica l'

@MEE Ho provato a modificare la risposta, ma non so come, dato che sembra così banale: schermare qualcosa dalla luce significa semplicemente tenerlo al buio (almeno per quanto riguarda alcune luci laser necessarie per implementare cancelli quantici: solo bloccare la loro luce con un otturatore). Sì, capisci correttamente Wikipedia, tranne che per il calcolo quantico, di solito vengono utilizzate trappole ioniche quadrupole, quindi tutto è dovuto esclusivamente a campi elettrici, non magnetici. Mantengono davvero la posizione dello ione (interagendo con esso) e, in un certo senso, anche il suo stato (lasciandolo solo, cioè non interagendo con esso).

— piramidi,

quindi in pratica abbiamo una grande parete (forse 20 cm) di beton (per proteggere dalle radiazioni e dalla luce) e al suo interno ci sono gli ioni intrappolati da un campo elettrico? ok grazie.

— MEE - Ripristina Monica l'

È molto più semplice: per bloccare la radiazione rilevante (in genere visibile e possibilmente luce ultravioletta o infrarossa), basterebbe anche un po 'di carta. Hai ancora molto di più perché vuoi anche impedire alle molecole di aria di interagire con gli ioni, quindi hai bisogno di una camera a vuoto ultra-alta che è fatta da pareti di acciaio o alluminio spesso 2 cm di spessore.

— piramidi

La tua domanda ruota implicitamente intorno al concetto di decoerenza quantistica e su come proteggere le implementazioni dei qubit nel mondo reale da lungo tempo.

Questo è un problema incredibilmente generale e, allo stesso tempo, i dettagli dipendono fortemente dalla tecnologia utilizzata.

Se hai accesso ad esso, puoi consultare il capitolo 5: "Rumore e decoerenza" della teoria e del design delle strutture quantistiche coerenti . Inoltre, per illustrare l'attuale stato dell'arte dei diversi approcci, è possibile controllare questo progetto Europen sull'ingegneria della coerenza quantistica elettronica e le correlazioni nelle nanostrutture ibride o questo altro progetto europeo ( disclaimer: questo è il mio approccio ) su Un approccio chimico ai spin Qubits molecolari .

Poiché il problema della memorizzazione delle informazioni quantistiche è vitale, sono state sviluppate alcune strategie generali. In breve:

Correzione dell'errore quantistico (anche, per una revisione pedagogica leggermente obsoleta vedi Correzione dell'errore quantistica per principianti ) che è un campo enorme da solo e che si basa proprio sull'ammettere il fallimento nella costruzione di una protezione sufficiente per i qubit e quindi la necessità di un intervento attivo per proteggere le informazioni quantistiche dal degrado.
Esistono diversi approcci ai dispositivi quantistici ibridi, in cui le informazioni vengono elaborate in qubit che interagiscono fortemente e rapidamente tra loro e con i nostri stimoli esterni (e anche con fonti di rumore) e successivamente memorizzati in qubit che interagiscono in modo molto debole e lento con ogni stimolo (desiderabile o no). Ancora una volta, questa famiglia di approcci dipende troppo dai dettagli tecnologici per fare dichiarazioni generali.

— agaitaarino
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