Existem brinquedos ou dispositivos educacionais para computação quântica?

Pergunta inspirada neste artigo do IEEE Spectrum sobre blocos contendo diferentes filtros de polarização para uso em sala de aula e minha pergunta anterior sobre a representação do experimento de filtro de três polarizações em termos de computação quântica. Aqui eu quero ir para o outro lado.

Existem brinquedos educacionais de computação quântica facilmente adquiríveis, como aqueles que um professor de física pode usar em sala de aula? Estou imaginando aqui um conjunto de filtros polarizadores ou divisores de feixe com os quais você pode (em conjunto com um laser) criar circuitos quânticos muito simples.

Estou especialmente interessado em maneiras de criar um portão CNOT.

Aqui estão algumas contribuições relacionadas à sua pergunta:

1- Muito recentemente, Chris Ferrie criou um jogo de cartas de código aberto baseado em uma versão em brinquedo da mecânica quântica, chamada$<B|racket|S>$ .

2- A empresa Phase Space Computing comercializa kits eletrônicos que simulam portas quânticas e algoritmos quânticos simples.

Você pode obter o tipo de banco óptico normalmente usado para salas de aula.

Para alguns exemplos:

3B Scientific

Especialidade da escola

Eu acho que o que eu ensinei antes era da 3B, mas eu não conheço nenhum dos outros, então pesquise-os você mesmo, em vez de tomar uma recomendação do meu produto. Existem várias opções e essa opção depende dos requisitos de qualidade / custo.

Esses serão para experimentos sobre lentes e difração, em vez de polarização, então você terá que obter os polarizadores separadamente. Um exemplo:

Edmund Optics

Mas você vê como todas as peças são colocadas nas montagens ao longo de uma trilha para que você possa deslizá-las facilmente. Esse é o tipo de configuração a ser procurada, para facilitar o alinhamento de tudo ao longo da linha de luz.

Ao ensinar o experimento dos três polarizadores, também teríamos um detector para medir a intensidade, mas você não precisaria disso se isso fosse mais um brinquedo do que ensinar a ajustar os dados a algo como com análise de erro.$A \sin^2 (B \theta + C)$

Infelizmente, os computadores quânticos são bastante difíceis de construir. Experimentos com filtros polarizadores ou divisores de feixe seriam capazes de demonstrar efeitos quânticos, mas não conheço nenhuma maneira de fazer circuitos quânticos simples para múltiplos qubits, a menos que você tenha fontes e detectores de fótons únicos.

Como alternativa, você pode usar os dispositivos atuais baseados na nuvem. O IBM Q Experience possui uma interface GUI simples que seria adequada para os alunos (após algumas introduções) e, em seguida, executará o circuito em hardware real. Se os alunos conseguirem fazer circuitos programaticamente, eles poderão usar mais hardware quântico da IBM e hardware da Rigetti , com outras empresas também no pipeline.

Para um experimento de 'qubit único', talvez você possa apenas usar filtros polarizadores. Os estados e do qubit podem estar associados à polarização horizontal e vertical, e os estados e podem estar associados a ângulos de e . Então, apenas segurando um filtro, você pode transformar a luz do sol em um fluxo de qubits únicos em um determinado estado.$|0\rangle$$|1\rangle$$|+\rangle$$|-\rangle$$45^{\circ}$$135^{\circ}$

Com um segundo filtro, você pode medir da mesma forma na base (mantendo-o na horizontal ou na vertical e verificando se alguma luz sai) ou na base ( segurando-o na diagonal). Com vários filtros, você pode encadear essas medições e mostrar como as bases de medição são complementares. Você pode até refazer o jogo que fiz para rodar em computadores quânticos: encouraçados com medições complementares .$|0\rangle / |1\rangle$$|+\rangle / |-\rangle$

Este seria um exemplo de qubit único, apesar de você ter muitos qubits, porque eles sempre são o mesmo estado e nunca interagem. Então você tem muitas amostras de um único processo de qubit, que por acaso estão brilhando sobre você de uma só vez.

Divulgação: Eu trabalho para a IBM, e Rigetti uma vez me deu uma camiseta