Eu li que um qubit pode ser codificado em um estado Fock , como a presença ou ausência de um fóton. Como você executa rotações de qubit único nos estados Fock?
Respostas:
Superposições no espaço Fock - e rotações no espaço Fock - são absolutamente onipresentes.
É importante notar que todos os estados clássicos do campo eletromagnético são superposições de muitos eigenstatos com número de fótons diferentes.
Toda a disciplina da teoria quântica de campos (aproximadamente) diz respeito a quais rotações dentro de certos espaços Fock com motivação física são permitidas e com que amplitudes elas realmente ocorrem.
Os paradigmas experimentais de QED de circuito e cavidade - que validam primorosamente as previsões dessa teoria de 70 anos de idade - explicitamente lida com operações em estados de número de fótons (em particular "a presença ou ausência de um único fóton", como DaftWullie colocou são as pedras angulares da física atômica, molecular e óptica. O circuito QED é a teoria essencial subjacente aos qubits de fluxo supercondutores, cujos dispositivos demonstraram exibir efeitos quânticos coerentes além de qualquer dúvida razoável ou irracional. Serge Haroche recebeu o Prêmio Nobel de 2012 em física por seu trabalho na cavidade QED, no qual continuou criando, controlando e medindo alegremente superposições de um pequeno número de fótons de microondas. Muitos experimentalistas fazem isso todos os dias.
Há muito tempo se sugere que um único modo harmônico seja usado para representar um ou mais qubits em um computador quântico prático, no qual estados lógicos são codificados como superposições de estados com diferentes números de ocupação. Para algumas idéias sobre como fazer isso, bem como algumas razões pelas quais essa pode não ser a melhor, consulte Nielsen e Chuang, seção 7.2.
Não há escassez de literatura sobre maneiras de executar esse tipo de operação. De fato, uma fração não trivial da física moderna se preocupa exatamente com isso. Não consigo imaginar onde ou como você teria a ideia oposta.
A resposta curta é que você não pode. Existe algo chamado "regra de superseleção de número de partículas" que postula que você não pode criar uma superposição de diferentes números de partículas. Portanto, se você preparar um estado Fock, poderá executar portões de fase e inversões de bits, mas não poderá executar rotações arbitrárias que criem superposições de diferentes números de partículas.
A resposta mais longa é que às vezes você pode fazer superposições, se você tiver o quadro de referência correto disponível. Há uma boa discussão sobre essas coisas aqui . Esta é a razão pela qual estados como os estados coerentes , que são uma superposição de diferentes números de fótons, podem ser criados (e eles são usados para computação quântica, mas essa é uma pergunta totalmente diferente). Mas acredito que isso não pode funcionar com pequenos números de fótons (por exemplo, a presença ou ausência de um único fóton). A única coisa que você pode fazer nesse contexto é criar uma superposição de um único fóton em um dos dois lugares.