Possibilidade de um portão quântico "reset"

Eu gostaria de ter um portão "reset". Essa porta teria um efeito de trazer um qubit ao estado . Claramente, esse portão não é unitário (e, portanto, não consigo encontrar nenhuma implementação confiável em termos de portões universais). $\mid0\rangle$

Agora, para minhas necessidades particulares, preciso dessa capacidade de redefinir um registro qubit ou quântico para esse estado, para que os usuários sempre possam começar de . Estou criando uma pequena linguagem de programação que transpila para o QASM e, quando uma função é encerrada, desejo que todas as variáveis locais (quânticas) (qubits) sejam redefinidas para para que possam ser reutilizadas. A instrução de redefinição do QASM não funciona no processador real. $\mid0\rangle$ $\mid0\rangle$

Eu acho que algo nesse sentido pode ser alcançado com a estimativa da fase quântica, mas estou me perguntando se existe outra maneira.

quantum-gate programming

— Ntwali B.
fonte

"Eu quero que todas as variáveis locais (quânticas) (qubits) sejam redefinidas para para que possam ser reutilizadas" => na maioria das vezes, isso deve ser realizado por descomputação e não redefinindo brutalmente os qubits não utilizados. Se um desses qubit "não utilizados" ainda estiver emaranhado com um qubit "em uso", a redefinição do qubit não utilizado também afetará o estado do qubit usado, que na maioria das vezes não é desejável.

| 0 ⟩

$\vert 0 \rangle$

— Nelimee

@Nelimee eu concordo. A redefinição brutal não é segura. Estou começando a decidir simplesmente alertar os usuários quando um qubit (registrador) já estiver em uso.

— Ntwali B.

@Nelimee Se eles estiverem emaranhados, a não-computação também afetará esses qubits emaranhados de uma maneira ou de outra.

— Norbert Schuch

@ Blue obrigado pela edição. Nem percebeu o quão absurdo era o título da pergunta.

— Ntwali B. 4/08

Respostas:

Uma forma é simplesmente para medir o qubit no padrão, , base. Se você obtiver a resposta 0, terá o estado que deseja. Caso contrário, você aplica um pouco de inversão. $Z$

De fato, se você deseja implementar uma operação não unitária, precisa de algum tipo de operação de medição em algum lugar, seja uma medição direta ou a implementação de um mapa de CP ou POVM (mas para essas opções, é necessário introduzir ancillas de um estado fixo, que nega a questão). Ou você pode usar ruído no sistema, mas é improvável que você tenha controle suficiente - afinal, é ruído! Obviamente, nenhuma dessas opções apenas redefiniu um único qubit; qualquer coisa com a qual o qubit esteja emaranhado também é afetado, mas isso está na definição de "redefinição" no contexto quântico.

A única outra opção é desativar o cálculo, mas essa não é uma opção genérica porque, genericamente, você precisa calcular o cálculo inteiro para redefinir um único qubit, e isso redefine tudo. Exceto que não funciona perfeitamente por causa de erros. Seria melhor iniciar um novo cálculo. Existem cenários específicos em que um qubit ancilla é usado e pode ser desconectado, mas isso geralmente é incorporado ao algoritmo porque a etapa de desconsideração é importante para se livrar de alguns emaranhados indesejados que, de outra forma, apareceriam.

— DaftWullie
fonte

Isso foi próximo, mas como eu estou segmentando o QASM, ele não permite a aplicação de portas adicionais para qubits após a medição. E, é claro, quaisquer qubits emaranhados também terão seus estados determinados. Como comentado em outras respostas, minha tentativa é equivocada, mas agradeço todas as respostas.

— Ntwali B.

Você precisa distinguir entre o que o QASM não permite e o que o hardware atual não permite. Descanse ou aplique um gate após a medida estar completamente correto no QASM (estou falando do OpenQASM). Mas é uma limitação do hardware atual que essas operações não podem ocorrer. Se você criar esse QASM, ainda poderá simulá-lo. E o hardware de um futuro não tão distante também o suportará.

— Ali Javadi 01/08/19

∣ 0 ⟩

$\mid0\rangle$

Eu não acho que você pode conseguir isso com um único portão, mas o interessante dos portões quânticos e das transformações unitárias é que eles são reversíveis, portanto, ao implementar uma função em seu circuito quântico, tudo o que você precisa fazer é 'não-indecente' apenas revertendo os portões que você usou.

$\vert 0\rangle$

Isso significa que você precisa "redefinir" de uma maneira específica para cada função.

— FSic
fonte

isso só funciona se você souber que nenhum erro ocorreu. Em um sistema barulhento, você não pode desfazer o ruído.

— DaftWullie

Esta não é uma má ideia. E do ponto de vista da programação, é factível também. Embora, depois de muita reflexão, essa minha tentativa seja equivocada por três razões: 1) a descomputação reverterá a computação útil e, para o descontentamento dos usuários, a função parecerá não fazer nada 2) 1. 3) como o @DaftWulie acabou de sugerir, a presença de erros torna o esquema instável e os erros provavelmente ocorrerão. Mas estou feliz que você tenha proposto isso. Obrigado.

— Ntwali B. 31/07/19

@NtwaliB. Para a lógica clássica, é sempre possível não calcular (= redefinir) o espaço de trabalho ancilla, mantendo o resultado desejado, esse é o ponto principal da computação reversível clássica.

— Norbert Schuch

@NorbertSchuch Isso é verdade. Mas eu estava falando sobre qubits arbitrários e não ancilla cbits após a medição.

— Ntwali B. 4/08