Wie speichert man Qubits unter Beibehaltung des Heisenbergschen Unsicherheitsprinzips?

Ich weiß, dass Qubits durch Quantenteilchen (zum Beispiel Photonen) dargestellt werden und dass ihr Zustand durch eine Eigenschaft (zum Beispiel Spin) gegeben ist.

Meine Frage bezieht sich auf das Quantenspeicher : Wie werden die Qubits in einem Quantencomputer gespeichert? Ich nehme an, wir brauchen eine Art Black Box, damit Heisenbergs Ungewissheitsprinzip funktioniert. Wenn ich das richtig verstehe, ist dieses Prinzip für die Überlagerung des Qubits relevant.

Wie wird diese Art von Black Box in realen Quantencomputern implementiert?

— MEE - Setzen Sie Monica wieder ein
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Antworten:

Was Sie als Black Box bezeichnen, ist einfach, das Quantensystem, das Ihre Qubits speichert (oder darstellt), von der Umgebung zu isolieren. Dies kann auf verschiedene Arten erfolgen, abhängig von Ihrer physischen Realisierung. Beispielsweise verwendet man in einem Ionenfallen-basierten Quantencomputer Zustände eines einzelnen Ions, um ein Qubit darzustellen, und isoliert dieses von der Umgebung, indem man es im leeren Raum schwebt (unter Verwendung einer Ionenfalle) und es von der Art von Laser abschirmt Strahlung oder andere Lichtquellen, die die gewählten Zustände beeinflussen.

— Pyramiden
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danke für diese antwort, aber ich habe noch zwei fragen: wie genau ist das ion vor strahlung / licht abgeschirmt? und verstehe ich Wikipedia richtig und eine Ionenfalle verwendet elektromagnetische Felder, um das Qubit in einer Position zu "fixieren" (kein Zustand)?

— MEE - Setzen Sie Monica am

@MEE Ich habe versucht, die Antwort zu bearbeiten, weiß aber nicht, wie, da es so trivial erscheint: Etwas vor Licht abzuschirmen bedeutet einfach, es im Dunkeln zu halten (zumindest in Bezug auf bestimmtes Laserlicht, das zur Implementierung von Quantentoren benötigt wird: just ihr Licht mit einem Fensterladen blockieren). Ja, Sie verstehen Wikipedia richtig, mit der Ausnahme, dass für das Quanten-Computing normalerweise Quadrupol-Ionenfallen verwendet werden. Das liegt also ausschließlich an elektrischen und nicht an magnetischen Feldern. Sie behalten in der Tat die Position des Ions bei (indem sie mit ihm interagieren) und in gewisser Weise auch seinen Zustand (indem sie es in Ruhe lassen, dh nicht mit ihm interagieren).

— Pyramiden

Also haben wir im Grunde genommen eine große (vielleicht 20 cm) Betonwand (um vor Strahlung und Licht abzuschirmen) und in dieser sind die Ionen durch ein elektrisches Feld gefangen? OK danke.

— MEE - Wiedereinsetzung von Monica

Es ist viel einfacher: Um die relevante Strahlung (typischerweise sichtbares und möglicherweise ultraviolettes oder infrarotes Licht) zu blockieren , würde sogar ein Stück Papier ausreichen. Sie haben noch viel mehr als das, weil Sie auch Luftmoleküle davon abhalten möchten, mit den Ionen zu interagieren. Deshalb benötigen Sie eine Ultrahochvakuumkammer, die aus Wänden aus vielleicht 2 cm dickem Stahl oder Aluminium besteht.

— Pyramiden

Ihre Frage dreht sich implizit um das Konzept der Quantendekohärenz und wie man reale Implementierungen von Qubits für eine lange Zeit davor schützt.

Dies ist ein unglaublich allgemeines Problem, und gleichzeitig hängen die Details stark von der verwendeten Technologie ab.

Wenn Sie Zugriff darauf haben, können Sie Kapitel 5: "Rauschen und Dekohärenz" von Theorie und Design von quantenkohärenten Strukturen überprüfen . Zur Veranschaulichung des aktuellen Stands der verschiedenen Ansätze können Sie auch dieses Europen-Projekt zur Entwicklung elektronischer Quantenkohärenz und Korrelationen in hybriden Nanostrukturen oder dieses andere europäische Projekt ( Haftungsausschluss: Dies ist mein eigener Ansatz ) auf überprüfen Ein chemischer Ansatz für molekulare Spin-Qubits .

Da das Problem der Speicherung von Quanteninformationen von entscheidender Bedeutung ist, wurden einige allgemeine Strategien entwickelt. In einer Nussschale:

Quantum Error Correction (auch für eine etwas veraltete pädagogische Übersicht siehe Quantum Error Correction für Anfänger ) ist ein riesiges Feld für sich und basiert genau darauf, zuzugeben, dass es nicht möglich ist, einen ausreichenden Schutz für Qubits aufzubauen, und dass daher eine aktive Intervention erforderlich ist um Quanteninformation vor einer Verschlechterung zu schützen.
Es gibt verschiedene Ansätze für hybride Quantengeräte, bei denen die Informationen in Qubits verarbeitet werden, die stark und schnell miteinander und mit unseren externen Stimuli (und auch mit Rauschquellen) interagieren, und anschließend in Qubits gespeichert werden, die mit jedem Stimulus sehr schwach und langsam interagieren (wünschenswert) oder nicht). Auch diese Familie von Ansätzen ist zu stark von technologischen Details abhängig, um allgemeine Aussagen treffen zu können.

— agaitaarino
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