Realizarea fizică a qubiților

Într-un computer clasic, biții 0 și 1 reprezintă matematic cele două tensiuni permise pe un fir într-un circuit clasic. Dispozitivele semiconductoare numite tranzistoare sunt utilizate pentru a controla ce se întâmplă cu aceste tensiuni. O întrebare frecvent pusă de studenții noi este „Din ce este făcut un qubit?” Deoarece computerele cuantice se bazează pe concepte fundamental diferite față de computerele clasice, acestea trebuie construite dintr-o tehnologie complet diferită, adică nu este posibil să existe un curent clasic într-o suprapunere a ambelor tipuri de curent care curg și nu curg printr-un fir. Computerele cuantice sunt încă la început, așa că există mulți candidați diferiți pentru tehnologia necesară pentru a le construi. Unele tehnologii se bazează pe sisteme optice, altele utilizează supraconductori[1] și există altele bazate pe molecule. Încă nu este clar dacă oricare dintre acestea este mai benefică decât celelalte și este și mai clar dacă toate computerele cuantice viitoare vor fi construite din aceeași tehnologie sau dacă vor exista multe tipuri diferite de computere cuantice disponibile (în același mod în care există atât console de jocuri Xbox, cât și PlayStation, dar ambele au același scop general – jocurile interactive).

Idei importante

1. Un qubit poate fi într-o suprapunere de stări |0⟩ și |1⟩. Sfera Bloch poate fi utilizată pentru a reprezenta vizual un singur qubit.
2. Un qubit poate fi scris în termeni de amplitudini. Fiecare amplitudine la pătrat corespunde probabilității de măsurare a qubitului în |0⟩ sau |1⟩.
3. O modificare fizică a unui qubit corespunde matematic unor matrici unitare care înmulțesc amplitudinile qubitilor.

Tabelul 2.1 Tabel pentru mesaj

Litera   Cod binar       Litera  Cod binar

A         01000001       N        01001110

B         01000010       O        01001111

C         01000011       P         01010000

D         01000100       Q        01010001

E         01000101       R        01010010

F          01000110       S         01010011

G         01000111       T        01010100

H         01001000       U        01010101

I           01001001       V        01010110

J          01001010       W       01010111

K         01001011       X        01011000

L         01001100       Y        01011001

M        01001101       Z        01011010

Nota

[1] Laboratorul Național de Accelerare Fermi cercetează modalitățile de a crea qubiți coerenți cu durată lungă de viață folosind expertiza lor în cavități supraconductoare de radiofrecvență, de exemplu https://qis.fnal.gov/superconducting-quantum-systems/.

Sursa: Ciaran Hughes, Joshua Isaacson, Anastasia Perry, Ranbel F. Sun, Jessica Turner (2021) Quantum Computing for the Quantum Curious, Springer Cham, https://doi.org/10.1007/978-3-030-61601-4, licența CC BY 4.0