Como as portas quânticas são implementadas na realidade?


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Os portões quânticos parecem ser caixas pretas. Embora saibamos que tipo de operação eles executarão, não sabemos se é realmente possível implementar na realidade (ou sabemos?). Nos computadores clássicos, usamos AND, NOT, OR, XOR, NAND, NOR, etc, que são implementados principalmente usando dispositivos semicondutores, como diodos e transistores. Existem implementações experimentais semelhantes de portões quânticos? Existe algum "portão universal" na computação quântica (como o portão NAND é universal na computação clássica)?

Respostas:


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Pode-se replicar qualquer porta quântica ou pelo menos se aproximar arbitrariamente usando número suficiente de portas de rotação CNOT, H, X, Z e π/8 . Isso ocorre porque eles formam um conjunto universal de portas quânticas (consulte: M. Nielsen e I. Chuang, Computação Quântica e Informações Quânticas, Cambridge University Press, 2016, página 189 ). Tenha cuidado aqui. Claramente, não podemos implementar nenhum portão quântico arbitrário U com precisão infinita. Em vez disso, dado ϵ>0 , implementamos Uϵ , que é ϵ -Perto U (referem-se a:Mecânica Quântica e MOOC de Computação Quântica oferecidos por UC Berkely no EdX ). Essa imperfeição dos portões quânticos é uma das principais razões pelas quais precisamos de códigos de correção de erros .

Houve tentativas de implementar esses portões básicos. Estou adicionando alguns dos trabalhos de pesquisa recentes relacionados a essas tentativas:

Como a Wikipedia menciona, outro conjunto de portões quânticos universais consiste no portão de Ising e no portão de mudança de fase. Esse é o conjunto de portas disponíveis nativamente em alguns computadores quânticos de íons presos ( demonstração de um pequeno computador quântico programável com qubits atômicos ).

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