Como armazenar qubits, preservando o princípio da incerteza de Heisenberg?

Eu sei que os qubits são representados por partículas quânticas (por exemplo, fótons) e que seu estado é dado por uma propriedade (por exemplo, spin).

Minha pergunta é sobre a memória quântica : como os qubits são armazenados em um computador quântico. Suponho que precisamos de um tipo de caixa preta para que o princípio da incerteza de Heisenberg funcione. Se eu entendi isso corretamente, esse princípio é relevante para a superposição do qubit.

Como esse tipo de caixa preta é implementado em computadores quânticos reais?

— MEE - Restabelecer Monica
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Respostas:

O que você chama de caixa preta é simplesmente isolar o sistema quântico que armazena (ou representa) seus qubits do ambiente. Isso pode ser feito de várias maneiras, dependendo da sua realização física. Por exemplo, em um computador quântico baseado em armadilha de íons, usa-se estados de um único íon para representar um qubit e isola-o do ambiente, levitando-o no espaço vazio (usando uma armadilha de íons) e protegendo-o do tipo de laser radiação ou outras fontes de luz que afetam os estados escolhidos.

— pirâmides
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obrigado por esta resposta, mas tenho mais duas perguntas: como exatamente o íon é protegido da radiação / luz? e estou entendendo a Wikipedia corretamente e uma armadilha de íons está usando campos eletromagnéticos para "consertar" o qubit em uma posição (não no estado)?

— MEE - Restabelece Monica

@MEE Tentei editar a resposta, mas não sei como, pois parece tão trivial: proteger algo da luz significa simplesmente mantê-lo no escuro (pelo menos no que diz respeito a certa luz laser necessária para implementar portões quânticos: apenas bloqueie a luz com um obturador). Sim, você entende a wikipedia corretamente, exceto que, para a computação quântica, geralmente são usados armadilhas de íons quadrupolo, por isso tudo se deve apenas a campos elétricos e não magnéticos. De fato, eles mantêm a posição do íon (interagindo com ele) e, de certa forma, também seu estado (deixando-o em paz, ou seja, não interagindo com ele).

— Pyramids

então basicamente temos uma parede beton grande (talvez 20cm) (para proteger da radiação e da luz) e dentro dela estão os íons presos por um campo elétrico? ok obrigado.

— MEE - Restabelece Monica

É muito mais simples: para bloquear a radiação relevante (normalmente visível e possivelmente ultravioleta ou luz infravermelha), até um pouco de papel seria suficiente. Você ainda tem muito mais do que isso, porque também quer impedir que as moléculas de ar interajam com os íons, por isso você precisa de uma câmara de vácuo ultra alta, feita de paredes de aço ou alumínio com talvez 2 cm de espessura.

— Pyramids

Sua pergunta gira implicitamente em torno do conceito de decoerência quântica e de como proteger implementações do mundo real de qubits por um longo tempo.

Esse é um problema incrivelmente geral e, ao mesmo tempo, os detalhes dependem muito da tecnologia usada.

Se você tiver acesso a ele, poderá verificar o capítulo 5: "Ruído e decoerência" de Teoria e Projeto de estruturas coerentes quânticas . Além disso, para ilustrar o estado da arte atual das diferentes abordagens, você pode verificar este projeto Europen sobre coerência quântica eletrônica de engenharia e correlações em nanoestruturas híbridas ou outro projeto europeu ( aviso: esta é minha própria abordagem ) em Uma Abordagem Química para Qubits de Spin Molecular .

Como o problema do armazenamento de informações quânticas é vital, algumas estratégias gerais foram desenvolvidas. Em poucas palavras:

Correção de erro quântico (também, para uma revisão pedagógica ligeiramente desatualizada, consulte Correção de erro quântico para iniciantes ), que é um campo enorme por si só e que se baseia precisamente em admitir a falha na construção de uma proteção suficiente para qubits e, portanto, a necessidade de uma intervenção ativa para proteger as informações quânticas da degradação.
Existem diferentes abordagens para dispositivos quânticos híbridos, onde as informações são processadas em qubits que interagem forte e rapidamente entre si e com nossos estímulos externos (e também com fontes de ruído) e subsequentemente armazenadas em qubits que interagem muito fraca e lentamente com todos os estímulos (desejável ou não). Novamente, essa família de abordagens depende muito dos detalhes tecnológicos para fazer afirmações gerais.

— agaitaarino
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