ทำไมต้องเก็บคอมพิวเตอร์ควอนตัมไว้ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์?

คำอธิบายออนไลน์ของคอมพิวเตอร์ควอนตัมมักจะพูดถึงวิธีการที่พวกเขาจะต้องเก็บไว้ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ )$\left(0~\mathrm{K}~\text{or}~-273.15~{\left. {}^{\circ}\mathrm{C} \right.}\right)$

คำถาม:

1. ทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องทำงานภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงเช่นนี้

2. ความต้องการอุณหภูมิต่ำมากเหมือนกันสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมทุกเครื่องหรือแตกต่างกันไปตามสถาปัตยกรรมหรือไม่?

3. จะเกิดอะไรขึ้นถ้าพวกเขาร้อนเกินไป?

^{แหล่งที่มา: Youtube , D-Wave}

ก่อนอื่นไม่ใช่ทุกระบบจะต้องเก็บไว้ใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ ขึ้นอยู่กับการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมของคุณ ตัวอย่างเช่นคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบออปติคัลไม่จำเป็นต้องอยู่ใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมยิ่งยวดก็สามารถทำได้ ดังนั้นนั่นจึงตอบคำถามที่สองของคุณ

เพื่อตอบคำถามแรกของคุณคอมพิวเตอร์ควอนตัมตัวนำยิ่งยวด (ตัวอย่าง) จะต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำเพื่อให้สภาพแวดล้อมความร้อนไม่สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดความผันผวนในพลังงานของ qubits ความผันผวนดังกล่าวน่าจะเป็นจุดรบกวน / ข้อผิดพลาดใน qubits

(ดูคำถามของ Blue เหตุใดคอมพิวเตอร์ออปติคอลควอนตัมจึงไม่ต้องถูกเก็บไว้ใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ในขณะที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมยิ่งยวดทำหน้าที่อย่างไรและคำตอบของ Daniel Sank สำหรับข้อมูลการติดตาม)

เพื่อทำความเข้าใจคำถามนี้ (และคำตอบที่เป็นไปได้) อย่างถูกต้องเราต้องหารือเกี่ยวกับแนวคิดสองประการที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิและความสัมพันธ์กับสถานะควอนตัม เนื่องจากฉันคิดว่าคำถามมีเหตุผลมากกว่านี้ในสถานะของแข็งคำตอบนี้จะถือว่าเป็นสิ่งที่เรากำลังพูดถึง

$p_i$$i$${\varepsilon}_i$$T$

$p_i={\frac{e^{- {\varepsilon}_i / k T}}{\sum_{j=1}^{M}{e^{- {\varepsilon}_j / k T}}}}$

$k$

${\varepsilon}_i$

นอกจากนี้เรายังต้องพิจารณาโฟนันการกระตุ้นแบบรวมในการจัดเรียงอะตอมหรือโมเลกุลแบบยืดหยุ่นเป็นระยะ ๆ ในสสารควบแน่น เหล่านี้มักจะเป็นพาหะของพลังงานที่ไปและกลับจาก qubits ของเราเป็นส่วนหนึ่งของของแข็งที่เราไม่ได้มีการควบคุมที่สวยงามควอนตัมและ Thich จึง thermalized: สิ่งที่เรียกว่าอาบน้ำระบายความร้อน

ทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องทำงานภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงเช่นนี้

เราไม่สามารถควบคุมสถานะควอนตัมของสสารที่เป็นของแข็งได้อย่างเต็มที่ ในเวลาเดียวกันเราจะต้องควบคุมการรัฐควอนตัมคอมพิวเตอร์ควอนตัมของเราหมายถึงส่วนหนึ่งของรัฐควอนตัมที่อยู่ข้อมูลของเรา สิ่งเหล่านี้จะอาศัยอยู่ในสภาพบริสุทธิ์ (รวมถึงการทับซ้อนของควอนตัม) ซึ่งล้อมรอบด้วยสภาพแวดล้อมที่แปรปรวน

$p_i=0$${\varepsilon}_i<<kT$

$|0>$$|1>$

หากคุณคิดเกี่ยวกับหน่วยเสียงจำได้ว่าพวกเขาเป็นสิ่งเร้าซึ่งค่าใช้จ่ายพลังงานและมีมากมายที่อุณหภูมิสูง ด้วยอุณหภูมิที่สูงขึ้นมีจำนวนหน่วยเสียงที่เพิ่มขึ้นและพวกเขาจะแสดงพลังงานที่เพิ่มขึ้นซึ่งบางครั้งทำให้เกิดการโต้ตอบกับการกระตุ้นประเภทต่าง ๆ (การเร่งจลนศาสตร์ไปสู่

ความต้องการอุณหภูมิต่ำมากเหมือนกันสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมทุกเครื่องหรือแตกต่างกันไปตามสถาปัตยกรรมหรือไม่?

มันแตกต่างกันไปและอย่างมากดังนั้น ภายในสถานะที่เป็นของแข็งนั้นขึ้นอยู่กับพลังงานของรัฐที่ประกอบด้วย qubits ของเรา นอกสถานะของแข็งดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นและในคำถามติดตามผล ( ทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบออปติคัลจึงไม่ต้องถูกเก็บไว้ใกล้ศูนย์แน่นอนในขณะที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมยิ่งยวดทำ ) มันเป็นอีกเรื่องหนึ่ง

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าพวกเขาร้อนเกินไป?

ดูด้านบน. สรุป: คุณสูญเสียข้อมูลควอนตัมของคุณเร็วขึ้น