Quantum-Gate ที่จับต้องได้มีลักษณะอย่างไร

ฉันอ่านหนังสือบทความและเอกสารเกี่ยวกับ Quantum-Computing

ฉันพบว่าวัสดุทั้งหมดที่ผมเคยเห็นมีแทนการอธิบายประตูจากควอนตัมฟิสิกส์พื้นฐานในการนามธรรมพยายามอย่างหนักเพื่อหลีกเลี่ยงการพูดคุยเกี่ยวกับรายละเอียดการดำเนินงานของควอนตัมประตู

ฉันถามตัวเองก่อน: ฉันกำลังค้นหาในพื้นที่ที่ผิดที่เกี่ยวข้องกับคณิตศาสตร์อย่างเป็นทางการเท่านั้นหรือไม่

แต่ฉันพบว่ากระดาษและหนังสือเหล่านั้นอธิบายไอออน - ออปติกสวิตช์แสงและแม้กระทั่งเลเซอร์ไฟเบอร์ในรายละเอียด

เมื่อพูดถึงประตูควอนตัมที่พวกเขาอ้างว่าใช้ในการวิจัยจะแสดงเฉพาะเมทริกซ์สมการสูตรและส่วนประกอบกล่องดำเท่านั้น

เราทุกคนรู้เกี่ยวกับหน่วยและการคำนวณเมทริกซ์ แต่ถ้าคุณพิมพ์ตัวดำเนินการ quantum-gate matrix บนกระดาษ A4 นั่นจะไม่เกิดผลอะไรเลยเมื่อโฟตอนหรืออิเล็กตรอนถูกโยนลงไป

ดังนั้นไม่มีใครรู้ว่าประตูควอนตัมคืออะไรอย่างชัดเจนเพื่อที่ฉันจะได้รู้ว่า:

Quantum Gate เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สนามแม่เหล็กในการทำองค์ประกอบทางคณิตศาสตร์หรือไม่?
Quantum Gate เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ลำแสงเลเซอร์หรือไม่?
Quantum Gate เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ลวดโลหะหรือไม่
เมื่อนักวิทยาศาสตร์ทำการคูณอย่างมีความสุขโดยการสังเกตการณ์อิเล็กตรอนชนกันที่ประตูเมื่อ "คูณ" หรือไม่?

ขอบคุณล่วงหน้า.

physics quantum-computing

— Chiron
แหล่งที่มา

คุณดูเหมือนจะมีความคิดว่าประตูควอนตัมเป็นสิ่งที่มีอยู่จริงแทนที่จะเป็นแค่แนวคิด มันไม่จำเป็นต้องทำอย่างนั้น ในขณะที่ประตู CMOS เป็นอุปกรณ์ทางกายภาพตามจริง แต่ประตูควอนตัมอาจเป็นเพียงแนวคิด

พิจารณากับดักไอออน ไอออนแทน qubits โดยใช้รัฐหนึ่งอิเล็กทรอนิกส์เป็นและอีกเป็น\ ประตูควอนตัมจะดำเนินการโดยใช้เมทริกซ์รวมกับไอออนสองตัวนี้ สิ่งนี้ทำได้โดยการฉายแสงเลเซอร์เป็นลำดับบนไอออน มันไม่ใช่อุปกรณ์ทางกายภาพที่อิออนสองตัวเป็นตัวป้อนซึ่งพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กันและไอออนที่มากับสถานะของพวกมันก็เปลี่ยนไป $|0\rangle$ $|1 \rangle$ $4 \times 4$

ประตูควอนตัมดำเนินการโดยการส่องแสงเลเซอร์พัลส์บนไอออน แต่ไม่จำเป็นต้องมีเลเซอร์หนึ่งตัวต่อประตูควอนตัม - เลเซอร์เดียวกันใช้สำหรับประตูควอนตัมที่แตกต่างกันมากมาย ดังนั้นคุณไม่สามารถชี้ไปที่ฮาร์ดแวร์เฉพาะและพูดว่า "นี่คือประตูควอนตัม"

และถ้าคุณใช้ฟลักซ์ qubits ในตัวนำยิ่งยวดสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมของคุณประตูควอนตัมจะไม่ใช้เลเซอร์เลยและมันก็ดูแตกต่างอย่างสิ้นเชิง (และคล้ายกับอุปกรณ์ CMOS เล็กน้อย)

— Peter Shor
แหล่งที่มา

ขอบคุณมาก！ ฉันแค่สงสัยว่ากองทุนทางกายภาพอยู่เบื้องหลังแนวคิดเกท ตอนนี้จากคำตอบของคุณฉันรู้ว่ามันเป็นเลเซอร์ที่ใช้งานได้จริง นั่นมีความหมายอย่างมากและช่วยฉันออกมาจากคณิตศาสตร์ลวงตาที่แม้สำหรับการปฏิบัติการทางกายภาพฟิสิกส์บางอย่างอธิบายโดยที่ฉันไม่มีที่ใดที่จะทำให้จิตใจของฉันอยู่บนพื้นฐาน แต่ฉันยังคงรู้สึกสับสนเกี่ยวกับลักษณะของเลเซอร์ที่นำไปสู่ข้อสรุปว่าเมทริกซ์ต้องรวมกัน ถ้ามันไม่รบกวนคุณช่วยโยนแสงให้ฉันหน่อยได้ไหม ขอขอบคุณอีกครั้ง!

— Chiron

ระบบปิดทั้งหมดในวิชาฟิสิกส์มีความเป็นเอกภาพ - มีบางสิ่งที่ไม่รวมตัวกันเฉพาะในกรณีที่ข้อมูลเกี่ยวกับระบบรั่วไหลออกมา ดังนั้นจึงไม่ยากเกินไปที่จะออกแบบลำดับของพัลส์เลเซอร์ซึ่งทำงานร่วมกันบน qubits ต้องบอกว่านี่ไม่ใช่สิ่งที่สามารถตอบได้โดยไม่ต้องใช้ฟิสิกส์มากกว่าอยู่ในวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี SE

— Peter Shor