Kuantum bilgisayarlar neden mutlak sıfıra yakın tutulmalıdır?

Kuantum bilgisayarların çevrimiçi açıklamaları genellikle nasıl mutlak sıfıra yakın tutulmaları gerektiğini tartışır .$\left(0~\mathrm{K}~\text{or}~-273.15~{\left. {}^{\circ}\mathrm{C} \right.}\right)$

Sorular:

1. Kuantum bilgisayarlar neden bu aşırı sıcaklık koşullarında çalışmalıdır?

2. Aşırı düşük sıcaklıklara duyulan ihtiyaç tüm kuantum bilgisayarlar için aynı mıdır, yoksa mimariye göre değişir mi?

3. Aşırı ısınırlarsa ne olur?

^{Kaynaklar: Youtube , D-Wave}

Öncelikle, tüm sistemler mutlak sıfıra yakın tutulmamalıdır. Kuantum bilgisayarınızın gerçekleştirilmesine bağlıdır. Örneğin, optik kuantum bilgisayarların mutlak sıfıra yakın tutulması gerekmez, ancak süper iletken kuantum bilgisayarları yapar. Bu ikinci sorunuza cevap veriyor.

İlk sorunuzu cevaplamak için, süper iletken kuantum bilgisayarlar (örneğin), termal ortamın kubitlerin enerjilerinde dalgalanmalara neden olmaması için düşük sıcaklıklarda tutulmalıdır. Bu tür dalgalanmalar kubitlerde gürültü / hata olacaktır.

(Bkz. Blue'nun sorusu , süper iletken kuantum bilgisayarlar yaparken optik kuantum bilgisayarların neden mutlak sıfıra yakın tutulmaları gerekmiyor ?) Ve Daniel Sank'ın bazı takip bilgileri için cevabı.)

Bu soruyu (ve olası cevaplarını) doğru bir şekilde anlamak için, sıcaklık ve bunun kuantum durumlarıyla ilişkisi ile ilgili birkaç kavramı tartışmamız gerekir . Sorunun katı halde daha anlamlı olduğunu düşündüğüm için , bu cevap bundan bahsettiğimiz şey olduğunu varsayacaktır.

$p_i$$i$${\varepsilon}_i$$T$

$p_i={\frac{e^{- {\varepsilon}_i / k T}}{\sum_{j=1}^{M}{e^{- {\varepsilon}_j / k T}}}}$

$k$

${\varepsilon}_i$

Ek olarak, fononları , yoğun madde içindeki atomların veya moleküllerin periyodik, elastik düzenlemelerindeki kolektif uyarmaları göz önünde bulundurmalıyız . Bunlar çoğu zaman, kübitlerimize katıdan kuantumun içine ve oradan mükemmel bir kuantum kontrolüne sahip olmadığımız ve bu nedenle termal hale getirilen termal banyo taşıyıcılarıdır .

Kuantum bilgisayarlar neden bu aşırı sıcaklık koşullarında çalışmalıdır?

Katı bir madde yığınının kuantum durumunu asla tam olarak kontrol edemeyiz. Aynı zamanda, kuantum bilgisayarımızın kuantum durumu üzerinde tam kontrole ihtiyacımız var , yani bilgilerimizin bulunduğu kuantum durumlarının alt kümesi . Bunlar düzensiz durumlarda (kuantum süperpozisyonları dahil), düzensiz -termalize edilmiş bir çevre ile çevrelenecektir.

$p_i=0$${\varepsilon}_i<<kT$

$|0>$$|1>$

Şimdi fononları düşünürseniz, bunların enerjiye mal olan ve dolayısıyla yüksek sıcaklıkta daha bol olan uyarıcılar olduğunu hatırlayın. Artan sıcaklıklarda, artan sayıda fonon vardır ve bunlar bazen farklı uyarımlarla etkileşime izin vererek (kinetiği termalleşmeye doğru hızlandırır) artan enerjiler sunar: nihayetinde kuantum bilgisayarımıza zarar verenler.

Aşırı düşük sıcaklıklara duyulan ihtiyaç tüm kuantum bilgisayarlar için aynı mıdır, yoksa mimariye göre değişir mi?

Değişir ve dramatik bir şekilde. Katı hal içinde, kübitlerimizi oluşturan devletlerin enerjilerine bağlıdır. Katı durumun dışında, yukarıda belirtildiği gibi ve takip eden bir soruda ( Süperiletken kuantum bilgisayarlar yaparken optik kuantum bilgisayarların neden mutlak sıfıra yakın tutulması gerekmiyor? ), Bu tamamen başka bir hikaye.

Aşırı ısınırlarsa ne olur?

Yukarıyı görmek. Özetle: kuantum bilgilerinizi daha hızlı kaybedersiniz.