Der Prozess zum Übertragen von Qubits zwischen Standorten

Ich verstehe, dass Qubits im Moment physische Einheiten in einem Quantencomputer sind und ich spiele auf dem IBM Quantum Computer sowie in der Q # -Sprache herum und tauche zum ersten Mal meine Zehen in die Quantenwelt ein.

Ich habe viele Szenarien im Alice- und Bob-Stil gelesen, in denen oft erwähnt wird, dass ein Qubit von Alice zu Bob transportiert wird. Ich schließe daraus, dass es physisch transportiert wird, aber ich habe keine Diskussion darüber gefunden, wie dies aus rechnerischer Sicht aussieht. Wie könnte es theoretisch erreicht werden, ein Qubit oder sogar eine Darstellung eines Qubits (Zustand oder Werte) für den Transport über einen klassischen oder Quantenkanal zu "verpacken"? Ich gehe davon aus, dass dies nur durch Verstrickung und Teleportation möglich ist. Ist es möglich, dass nicht verschränkte, gewöhnliche Qubits in einem bestimmten Format dargestellt und logisch zwischen zwei Punkten übertragen werden, wodurch der Empfangspunkt die darin enthaltenen Informationen dekodieren und interpretieren kann? Dieser Empfangspunkt kann ein Computerdienst in einer klassischen Computerarchitektur oder eine andere Quantum-Maschine sein.

Ich frage dies im Sinne von Classical Computing, wo wir Bits auf einem Chip codieren können, aber ein Bit (oder eine Reihe von Bits) in zahlreichen Formaten logisch darstellen und zur Manipulation übertragen können. Als Softwareentwickler kommt mein Denkprozess daher. Dies ist vielleicht keine praktische Sache, die man in Quantum machen möchte, aber theoretisch ist es etwas, das erreicht werden könnte? Jede Anleitung wäre willkommen.

EDIT: Vielen Dank für die wirklich umfassenden Antworten, es hat viele Lücken geschlossen und ich habe die starke Verbindung zwischen Photonen und Fasern, die theoretisch eine potenzielle Brücke bringt, nicht erkannt. Ich arbeite mich durch die grundlegenden Anwendungen der Hallo-Welt und habe versucht, mein Software-Wissen über Klassik auf einer grundlegenden Transfer- und Repräsentationsebene mental in diese Welt zu überbrücken. Ich versuche, einige kleine Apps zu erstellen, die beide Welten verbinden, und meine mentale Blockade repräsentiert derzeit die Eigenschaften eines Qubits in traditionellen Programmiernotationen. Haben Sie irgendwelche Gedanken darüber, was modelliert werden müsste, um eine logische Darstellung eines Qubits zu erstellen? Was ich vorhabe, ist etwas Ähnliches wie eine Spezifikation, die es einem Programmierer ermöglichen würde, einen Typ darzustellen (wie einen String, zhttps://en.wikipedia.org/wiki/String_(computer_science) ). In den Quantum-Programmiersprachen ist das Qubit ein eigener Typ. Durch Drilldown eines Levels können die Eigenschaften auf sehr einfache Weise erfasst werden, so dass sie möglicherweise in einer Art Vektorarray dargestellt werden können, um Schlüsselmerkmale, z. B. den Zustand, zu erfassen (ungeachtet der Schwierigkeit von Überlagerung!), Spin etc.

Sie haben völlig Recht mit Ihrer Annahme, Qubits von Alice zu Bob zu transportieren, was etwas Physisches impliziert. Normalerweise werden Probleme / Situationen, in denen eine Übertragung zwischen zwei Parteien eingerichtet ist, als Quantenkommunikation bezeichnet . Diese Probleme / Situationen werden manchmal eindeutig, indem ihre Qubits "fliegende Qubits" genannt werden, bei denen es sich fast immer um Photonen handelt. Einzelphotonen sind auch Quantensysteme, die in nützlichen Qubit-Zuständen hergestellt werden können. Sie können mit Gates betrieben werden (aber nicht mit allen Arten von Gates und nicht so einfach wie einige andere physikalische Implementierungen von Qubits) und können wie jedes andere gemessen werden Qubit-System. Alice und Bob würden diese Fotos buchstäblich entweder über eine optische Faser teilen, die sie durch oder durch freien Raum verbinden (was buchstäblich mit einem Satelliten im Weltraum sein könnte).

Photonen eignen sich hervorragend für diese Anwendung, da wir sie bereits für einen großen Teil unserer klassischen Kommunikationsnetzwerke verwenden. "Faser" -Internet oder photonische Netzwerke senden klassische Informationen in optischen Fasern mit stark gepulsten Lasern. Wenn Sie also sowohl einen klassischen Kanal als auch einen Quantenkommunikationskanal haben möchten, können Sie beide mit derselben Faser ausführen (aus technischen Gründen schwierig, aber durchaus möglich).

Möglicherweise gibt es auch andere physikalische Systeme, aus denen Sie Qubits für Quantencomputer herstellen können (Supraleiter, Ionenfallen usw.). Sie haben insofern Recht, als man verschiedene Gruppen dieser Qubits verbindet, würde man den Chip nicht aufheben und bewegen, sondern sie erzeugen oft (n) Photonen, die mit dem ursprünglichen System verwickelt sind oder einige Informationen haben, die sie wollen Teilen Sie mit dem zweiten System und senden Sie das Photon über.

Es ist von Anfang an erwähnenswert, dass sich „Alice und Bob“ -Szenarien stark von Quantenberechnungsszenarien unterscheiden. In den Alice- und Bob-Szenarien gibt es zwei weit voneinander entfernte Orte, zwischen denen es unmöglich ist, Quantengatter direkt durchzuführen. Währenddessen sind in den Quantencomputer-Architekturen, von denen Sie sprechen, Zwei-Qubit-Gates leicht verfügbar. Selbst wenn Sie ein Paar Qubits nicht direkt interagieren können, reichen ein paar Swap-Gates aus, um die Qubits nebeneinander und wieder zurück zu bewegen.

Sie sollten auch vorsichtig mit Ihrer klassischen Interpretation von Software-Ingenieuren sein, da es klassisch sehr einfach ist, Dinge zu verschieben und mehrere Kopien zu erstellen. In Quantum können Sie keine Kopien Ihrer Daten erstellen.

Wie bewegt man ein Qubit? Verstrickung und Teleportation sind keine wirkliche Antwort. Sie können Ihnen dabei helfen, erweiterte Protokolle zur Fehlerkorrektur zu erstellen, aber die grundlegende Frage ist immer noch, wie Sie den verschränkten Zustand teilen, um die Teleportation zu erreichen.

Der wahrscheinlich beste Weg ist, die Quanteninformationen von einem physikalischen Träger, wie den Qubits in einem Quantencomputer, auf einen anderen zu übertragen. Wir würden in diesem Zusammenhang normalerweise an Photonen denken - sie sind wirklich gut darin, lange Strecken zurückzulegen, ohne zu viel zu interagieren. So wie klassische Daten über eine optische Faser übertragen werden können, ist es nicht allzu wild, sich vorzustellen, Photonen in Überlagerungen durch eine optische Faser zu senden. Sie müssen das Photon an beiden Enden "nur" in den anderen Speicher- / Manipulationstyp des Qubits umwandeln. Die Technologie dafür gibt es sicherlich, aber ich weiß nicht, wie zuverlässig es passiert.