Como é um portão quântico tangível?

Eu li livros, artigos e artigos publicados sobre computação quântica.

Descobri que todos os materiais que vi são, em vez de descrever a porta quântica da física básica à abstração, tentando evitar falar sobre os detalhes de implementação dos portões quânticos .

Em primeiro lugar, me questionei: estou pesquisando na área errada, onde apenas a matemática formal está relacionada?

Mas descobri que esses papéis e livros explicaram armadilhas de íons, interruptores ópticos e até fibra de laser em grandes detalhes.

Quando se trata de portas quânticas que eles alegaram ter usado em suas pesquisas, apenas matrizes, equações, formulações e componentes de caixas-pretas são mostradas .

Todos sabemos sobre os unitários e a computação matricial. Mas se você imprimir um operador de matriz de porta quântica em um papel A4, isso não fará nada quando forem lançados fótons ou elétrons.

Então, alguém sabe o que é um portão quântico, concretamente, para que eu possa saber:

O Quantum Gate é um dispositivo que usa campo magnético para fazer aritmética de elementos?
O Quantum Gate é um dispositivo que utiliza raio laser?
O Quantum Gate é um dispositivo que usa fio de metal?
Quando os cientistas multiplicam alegremente os eigenstates por observáveis, os elétrons colidem no portão quando "multiplicados"?

Desde já, obrigado.

physics quantum-computing

— Quíron
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Você parece ter a ideia de que um portão quântico é uma coisa física, e não apenas conceitual. Não necessariamente funciona dessa maneira. Enquanto os portões CMOS são geralmente dispositivos físicos reais, os portões quânticos podem ser apenas conceituais.

Considere uma armadilha de íons. Os íons representam qubits usando um estado eletrônico como e outro como . Uma porta quântica é realizada aplicando uma matriz unitária a dois desses íons. Isso é feito brilhando uma sequência de pulsos de laser nos íons. Não é um dispositivo físico no qual dois íons são inseridos, nos quais eles interagem e dos quais os íons vêm com seus estados alterados. $|0\rangle$ $|1 \rangle$ $4 \times 4$

Os portões quânticos são executados por pulsos de laser brilhantes nos íons, mas não há necessariamente um laser por portão quântico - os mesmos lasers são usados para muitos portões quânticos diferentes. Portanto, você não pode apontar para nenhuma peça específica de hardware e dizer "este é o portão quântico".

E se você usar qubits de fluxo em supercondutores para o seu computador quântico, os portões quânticos não usam lasers e parecem completamente diferentes (e um pouco mais parecidos com dispositivos CMOS).

— Peter Shor
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Muito obrigado！ Eu estava pensando nos fundamentos físicos por trás do conceito de portão. Agora, pela sua resposta, eu sei que é o laser que realmente faz o trabalho. Isso significa muito e me ajuda a sair da matemática ilusória, onde, mesmo para operações físicas, pouca física é explicada sem a qual não tenho onde recorrer. Mas ainda me sinto confuso sobre o caráter do laser que leva à conclusão de que a matriz deve ser unitária. Se não incomodar, por favor, jogue um pouco mais de luz em mim. Mais uma vez obrigado!

— Quíron

Todos os sistemas fechados em física são unitários - algo não é unitário apenas se as informações sobre o sistema vazarem. Portanto, não é muito difícil projetar sequências de pulsos de laser que executam operações unitárias em qubits. Dito isto, isso realmente não é algo que possa ser respondido sem o uso de mais física do que o que se refere à ciência da computação teórica SE.

— Peter Shor