Ho letto che un qubit può essere codificato in uno stato Fock , come la presenza o l'assenza di un fotone. Come si eseguono rotazioni a qubit singolo su stati Fock?
Risposte:
Le sovrapposizioni nello spazio Fock - e le rotazioni nello spazio Fock - sono assolutamente onnipresenti.
È importante notare che tutti gli stati classici del campo elettromagnetico sono sovrapposizioni di molti diversi stati di numero di fotoni.
L'intera disciplina della teoria dei campi quantistici (approssimativamente) riguarda le rotazioni all'interno di determinati spazi Fock motivati fisicamente e con quali ampiezze effettivamente si verificano.
I paradigmi sperimentali di QED di circuiti e cavità - che convalidano squisitamente le previsioni di quella teoria ormai settantenne - si occupano esplicitamente delle operazioni sugli stati dei numeri di fotoni (in particolare "la presenza o l'assenza di un singolo fotone" come ha scritto DaftWullie esso) e sono i cardini della fisica atomica, molecolare e ottica. Il circuito QED è la teoria essenziale alla base dei qubit di flusso superconduttori, i cui dispositivi hanno mostrato di mostrare effetti quantistici coerenti al di là di ogni dubbio ragionevole o irragionevole. Serge Haroche ha ricevuto il premio Nobel 2012 per la fisica per il suo lavoro sulla cavità QED, in cui ha continuato a creare, controllare e misurare felicemente sovrapposizioni di piccoli numeri di fotoni a microonde. Molti sperimentatori lo fanno ogni giorno.
È stato a lungo suggerito che una singola modalità armonica possa essere utilizzata per rappresentare uno o più qubit in un pratico computer quantistico, in cui gli stati logici sono codificati come sovrapposizioni di stati con diverso numero di occupazione. Per alcune idee su come eseguire questa operazione e alcuni motivi per cui potrebbe non essere l'idea migliore, vedere Nielsen e Chuang, sezione 7.2.
Non c'è carenza di letteratura sui modi per eseguire questo tipo di operazioni. In effetti, una frazione non banale della fisica moderna si occupa esattamente di questo. Non riesco a immaginare dove o come otterresti l'idea opposta.
La risposta breve è che non puoi. C'è qualcosa chiamato "regola di super-selezione del numero di particelle" che postula che non è possibile creare una sovrapposizione di diversi numeri di particelle. Pertanto, se si prepara uno stato Fock, è possibile eseguire gate di fase e capovolgimenti dei bit, ma non è possibile eseguire rotazioni arbitrarie che creano sovrapposizioni di diversi numeri di particelle.
La risposta più lunga è che a volte è possibile creare sovrapposizioni, se si dispone della cornice di riferimento corretta. C'è una buona discussione di queste cose qui . Questo è il motivo per cui possono essere creati stati come stati coerenti , che sono una sovrapposizione di diversi numeri di fotoni (e vengono utilizzati per il calcolo quantistico, ma questa è una domanda completamente diversa). Ma credo che questo non possa funzionare con piccoli numeri di fotoni (ad esempio la presenza o l'assenza di un singolo fotone). L'unica cosa che puoi fare in quel contesto è creare una sovrapposizione di un singolo fotone in uno dei due posti.