Dinamik açıdan kuantum kapıları nasıl gerçekleştirilir?

Bir kuantum devresi açısından hesaplamaları ifade ederken, kapılardan , yani (tipik olarak) üniter evrimlerden yararlanır.

Bir anlamda, bunlar oldukça gizemli nesnelerdir, çünkü devletler üzerinde "sihirli" ayrık operasyonlar gerçekleştirirler. Esasen, kuantum algoritmaları çalışırken iç işleri sıklıkla ele alınmayan kara kutulardır. Bununla birlikte, kuantum mekaniğinin işleyişi böyle değildir: Schrödinger'in denkleminden sonra devletler sürekli bir şekilde gelişir.

Başka bir deyişle, kuantum kapıları ve operasyonları hakkında konuşurken , söz konusu evrimi gerçekleştiren dinamiği (yani Hamiltonyanı) ihmal eder , bu da kapılar aslında deneysel mimarilerde nasıl uygulanır.

Bir yöntem, kapıyı temel (belirli bir deneysel mimaride) olarak ayrıştırmaktır. Tek yolu bu mu? Bu tür "temel" kapılar ne olacak? Tipik olarak bulunan dinamikleri nasıl uygular?

— GLS
kaynak

Klasik hesaplamaları mantıksal işlemler açısından ifade ederken, kapılar kullanılır. Bir anlamda, bunlar aslında klasik algoritmaları incelerken iç işleriyle sıkça ilgilenilmeyen kara kutulardır. Ancak, doğa böyle çalışmaz: devletler, diferansiyel denklemlerle açıklanabilecek sürekli bir şekilde gelişir. Klasik algoritmalar hakkında konuşurken, söz konusu evrimi gerçekleştiren dinamiği ihmal ediyor, kapılar aslında fiziksel sistemlerde nasıl gerçekleşiyor. Ancak bir kapı üreten dinamik, aslında kapı gerçekleşebildiği sürece önemsizdir.

— Niel de Beaudrap

Ben retorik bir noktaya değiniyorum: aynı argüman klasik hesaplamaya yöneltilebilir, ama kendimize oradaki soyutlama lüksüne izin veriyoruz, çünkü operasyonların prensipte uygun bir üretim ve kontrol uygulamasıyla gerçekleştirilebileceğini biliyoruz. Tek soru 'prensip' seviyesinin sizi ne kadar tatmin edeceğidir. Klasik duruma benzetmeyi düşünün: tüketici elektroniği hakkında bilgi sahibi değilseniz, akıl yürütme için entelektüel bir soyutlama olmaktan ziyade NAND'ın fiziksel olarak gerçekleştirilebilir olduğundan ne kadar ayrıntı elde etmeyi umuyorsunuz?

— Niel de Beaudrap

@NieldeBeaudrap beklediğim cevap türü, daha karmaşık kapıların (örneğin, Toffoli kapıları) uygulanma biçiminin 1 yoluyla olduğunu) belirli bir mimaride "basit" olan kapı kümelerini kullanarak kapı ayrıştırma (son derece önemsiz olan getiriyor) kuantum derleme problemi), 2) kuantum kontrol teknikleri, 3) yardımcı serbestlik dereceleri kullanarak, 4) kapıyı daha büyük bir Hilbert uzayında etkili bir dinamik olarak uygulamak, 5) muhtemelen diğer yöntemler

— glS

Hayır, bugün yukarıda bahsettiğim kapıları uygulamak için kullanılan metodolojileri soruyorum. Bu, kapıların daha kolay (belirli bir mimaride) kapılar açısından nasıl ayrıştırıldığını sormaktan farklıdır, çünkü bunu yapmanın tek yolu budur. Bu noktayı daha açık hale getirmek için soruyu düzenledim. İşte Toffoli'yi uygulamak için böyle bir teknik kullanan bir makale örneği: arxiv.org/abs/1501.04676 , bu sorunun sahip olabileceği cevap türünü aydınlatabilir

— glS

Doktora tezimin 1. Bölümü ve özellikle ek D, soyut mantığın süperiletken kubitlerin dinamiklerinden nasıl geldiğini açıklamaktadır.

— DanielSank

Genel olarak konuşursak, bir kuantum geçidinin gerçekleşmesi, iki seviyeli bir sistemin tutarlı bir şekilde manipülasyonunu içerir (ancak bu sizin için yeni bir şey değildir, belki de). Örneğin, sıkışmış bir atomda (vakumda nötr veya iyonize) iki uzun ömürlü elektronik durum kullanabilir ve tek-kubit işlemlerini uygulamak için uygulanan bir elektrik alanı kullanabilirsiniz (örneğin, sıkışmış iyonlar veya optik kafeslere bakın).

Alternatif olarak, süper iletken qubit veya silikon kusurlu qubit gibi radyo frekanslı elektronik cihazlar tarafından ele alınan katı hal çözümleri de vardır. Mikrodalgada adreslenmiş nükleer spin alt düzeylerini veya elmasta azot boşluk hücrelerini kullanabilirsiniz. Ortak özellik, kübitlerin manipülasyonu ve birleştirilmesinin uygulanan ışık alanları üzerinden olmasıdır ve tekli spin adreslemesini veya yaşam sürelerini manipüle etmek için bu sistemlerde seviye aralığını ayarlamak için kullanabileceğiniz çeşitli yöntemler vardır.

Uygulamadan Hamiltonian'a çeviri açıkça sistem seçiminize bağlıdır, ancak sonunda hepsi Pauli matrislerine geri döner. Işık alanı, tek-kubit işlemlerinizde köşegen olmayan elemanlar sağlarken, iki-kubit işlemleri daha karmaşıktır ve teknikler uygulamaya çok bağlıdır.

— GroundhogState
kaynak