¿Cómo almacenar qubits mientras se preserva el principio de incertidumbre de Heisenberg?

Sé que los qubits están representados por partículas cuánticas (por ejemplo, fotones) y que su estado viene dado por una propiedad (por ejemplo, spin).

Mi pregunta es sobre la memoria cuántica : cómo se almacenan los qubits en una computadora cuántica. Supongo que necesitamos una especie de caja negra para que funcione el principio de incertidumbre de Heisenberg. Si entiendo esto correctamente, este principio es relevante para la superposición del qubit.

¿Cómo se implementa este tipo de caja negra en las computadoras cuánticas reales?

— MEE - Restablece a Monica
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Respuestas:

Lo que llama una caja negra es simplemente aislar el sistema cuántico que almacena (o representa) sus qubits del entorno. Esto se puede hacer de varias maneras dependiendo de su realización física. Por ejemplo, en una computadora cuántica basada en trampa de iones, uno usa estados de un solo ión para representar un qubit, y aísla eso del ambiente al levitarlo en el espacio vacío (usando una trampa de iones) y al protegerlo del tipo de láser radiación u otras fuentes de luz que afectan los estados elegidos.

— pirámides
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gracias por esta respuesta, pero tengo dos preguntas más: ¿cómo se protege exactamente el ion de la radiación / luz? y estoy entendiendo wikipedia correctamente y una trampa de iones está usando campos electromagnéticos para "arreglar" el qubit en una posición (no estado)?

— MEE - Restablece a Mónica el

@MEE Intenté editar la respuesta, pero no sé cómo, ya que parece tan trivial: proteger algo de la luz simplemente significa mantenerlo en la oscuridad (al menos con respecto a cierta luz láser necesaria para implementar puertas cuánticas: solo bloquear su luz con un obturador). Sí, usted comprende Wikipedia correctamente, excepto que para la computación cuántica, generalmente se utilizan trampas de iones cuadrupolo, por lo que todo se debe únicamente a campos eléctricos, no magnéticos. De hecho, mantienen la posición del ion (al interactuar con él) y, en cierto modo, también su estado (al dejarlo solo, es decir, no interactuar con él).

— pirámides del

entonces, básicamente, tenemos una gran pared de beton (tal vez 20 cm) (para protegernos de la radiación y la luz) y dentro de esto están los iones atrapados por un campo eléctrico OK gracias.

— MEE - Restablece a Mónica el

Es mucho más simple: para bloquear la radiación relevante (normalmente visible y posiblemente luz ultravioleta o infrarroja), incluso un poco de papel sería suficiente. Todavía tiene mucho más que eso porque también desea evitar que las moléculas de aire interactúen con los iones, por lo que necesita una cámara de vacío ultraalta que esté hecha de paredes de acero o aluminio de 2 cm de grosor.

— pirámides del

Su pregunta gira implícitamente en torno al concepto de decoherencia cuántica y cómo proteger las implementaciones de qubits en el mundo real durante mucho tiempo.

Este es un problema increíblemente general y, al mismo tiempo, los detalles dependen enormemente de la tecnología utilizada.

Si tiene acceso a él, puede consultar el capítulo 5: "Ruido y decoherencia" de Teoría y diseño de estructuras coherentes cuánticas . Además, para ilustrar el estado actual de los diferentes enfoques, puede consultar este proyecto de Europen sobre coherencia cuántica electrónica de ingeniería y correlaciones en nanoestructuras híbridas , o este otro proyecto europeo ( descargo de responsabilidad: este es mi propio enfoque ) en Un Enfoque Químico para los Qubits de Spin Molecular .

Dado que el problema del almacenamiento de información cuántica es vital, se han desarrollado algunas estrategias generales. En una palabra:

Quantum Error Correction (también, para una revisión pedagógica un poco desactualizada, ver Quantum Error Correction for Beginners ), que es un campo enorme en sí mismo y que se basa precisamente en admitir la falla en la construcción de una protección suficiente para los qubits y, por lo tanto, la necesidad de una intervención activa para proteger la información cuántica de la degradación.
Existen diferentes enfoques para los dispositivos cuánticos híbridos, donde la información se procesa en qubits que interactúan fuerte y rápidamente entre sí y con nuestros estímulos externos (y también con fuentes de ruido) y posteriormente se almacenan en qubits que interactúan muy débil y lentamente con cada estímulo (deseable o no). Nuevamente, esta familia de enfoques depende demasiado de los detalles tecnológicos para hacer declaraciones generales.

— agaitaarino
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