ทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบออพติคัลไม่ต้องถูกเก็บไว้ใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ในขณะที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมยิ่งยวดทำ

นี่เป็นคำถามติดตามผลของ@ heather สำหรับคำตอบของคำถาม: ทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องถูกเก็บไว้ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์

สิ่งที่ฉันรู้:

• ยิ่งยวดคอมพิวเตอร์ควอนตัม : มันคือการนำคอมพิวเตอร์ควอนตัมในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ยิ่งยวด

• การคำนวณเชิงแสงควอนตัม : มันใช้โฟตอนเป็นผู้ให้บริการข้อมูลและองค์ประกอบเชิงเส้นแสงในการประมวลผลข้อมูลควอนตัมและใช้เครื่องตรวจจับโฟตอนและหน่วยความจำควอนตัมในการตรวจสอบและจัดเก็บข้อมูลควอนตัม

ถัดไปนี่คือสิ่งที่ Wikipedia กล่าวต่อไปเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัมยิ่งยวด :

แบบจำลองการคำนวณแบบคลาสสิกขึ้นอยู่กับการใช้งานทางกายภาพที่สอดคล้องกับกฎหมายของกลศาสตร์คลาสสิก เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าคำอธิบายแบบคลาสสิกนั้นมีความถูกต้องเฉพาะในบางกรณีในขณะที่คำอธิบายทั่วไปของธรรมชาติจะได้รับจากกลศาสตร์ควอนตัม การคำนวณควอนตัมศึกษาการประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ควอนตัมซึ่งเกินขอบเขตของการประมาณแบบคลาสสิกสำหรับการประมวลผลข้อมูลและการสื่อสาร มีรูปแบบต่าง ๆ ของการคำนวณควอนตัมอย่างไรก็ตามแบบที่ได้รับความนิยมมากที่สุดรวมแนวคิดของ qubits และประตูควอนตัม qubit เป็นลักษณะทั่วไปของบิต - ระบบที่มีสองสถานะที่เป็นไปได้ที่สามารถอยู่ในการซ้อนทับควอนตัมของทั้งสอง ประตูควอนตัมเป็นลักษณะทั่วไปของประตูตรรกะ: มันอธิบายการเปลี่ยนแปลงที่หนึ่งหรือมากกว่า qubits จะได้สัมผัสหลังจากที่ประตูถูกนำไปใช้กับพวกเขาให้สถานะเริ่มต้นของพวกเขา การดำเนินการทางกายภาพของ qubits และประตูเป็นเรื่องยากด้วยเหตุผลเดียวกับที่ปรากฏการณ์ควอนตัมเป็นเรื่องยากที่จะสังเกตเห็นในชีวิตประจำวันวิธีหนึ่งคือการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในตัวนำยิ่งยวดซึ่งควอนตัมเอฟเฟ็กต์กลายเป็น macroscopic แม้ว่าในราคาที่อุณหภูมิการทำงานต่ำมาก

มันทำให้รู้สึกบางอย่าง! อย่างไรก็ตามฉันกำลังมองหาว่าทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงแสงจึงไม่ต้องการ "อุณหภูมิต่ำมาก" ซึ่งแตกต่างจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมยิ่งยวด พวกเขาไม่ประสบปัญหาเดียวกันนั่นคือปรากฏการณ์ควอนตัมในคอมพิวเตอร์ควอนตัมออปติคัลไม่ใช่เรื่องยากที่จะสังเกตเช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมยิ่งยวด? ผลกระทบเชิงควอนตัมที่มีขนาดมหึมาแล้วที่อุณหภูมิห้องในคอมพิวเตอร์ดังกล่าวหรือไม่? ทำไมเป็นเช่นนั้น

ฉันกำลังอ่านคำอธิบายของการคำนวณเชิงเส้นควอนตัมเชิงแสงบนวิกิพีเดียแต่ไม่พบการอ้างอิงถึง "อุณหภูมิ" เช่นนี้

ฉันกำลังมองหาว่าทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงแสงไม่ต้องการ "อุณหภูมิต่ำมาก" ซึ่งต่างจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมยิ่งยวด

$f_{10}$$E_{10} = h f_{10}$$h$$E_\text{thermal} = k_b T$$k_b$

$T < 0.48 \, \text{K}$

$\left \lvert 0 \right \rangle$$\left \lvert 1 \right \rangle$$10^{14}$

พวกเขาไม่ประสบปัญหาเดียวกันนั่นคือปรากฏการณ์ควอนตัมในคอมพิวเตอร์ควอนตัมออปติคัลไม่ใช่เรื่องยากที่จะสังเกตเช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมยิ่งยวด?

$^{[a]}$. ในความเป็นจริงเครื่องตรวจจับภาพที่ดีที่สุดจำเป็นต้องใช้งานจริงในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิต่ำดังนั้นสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ควอนตัมควอนตัมบางตัวจำเป็นต้องใช้ระบบทำความเย็นแบบอุณหภูมิแม้ว่าจะมีความถี่สูงมาก

ป.ล. คำตอบนี้สามารถขยายได้ไม่มาก หากใครบางคนมีลักษณะเฉพาะที่พวกเขาต้องการทราบเพิ่มเติมเกี่ยวกับโปรดแสดงความคิดเห็น

$[a]$

เนื่องจากแสงที่ความถี่ที่เหมาะสมจะมีปฏิกิริยากับสสารน้อย ในระบอบควอนตัมนี่แปลว่าโฟตอนเดี่ยวที่ปราศจากเสียงรบกวนและการตกแต่งภายในซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญของสถาปัตยกรรม QC อื่น ๆ อุณหภูมิโดยรอบไม่รบกวนสถานะควอนตัมของโฟตอนมากเท่ากับเมื่อข้อมูลควอนตัมดำเนินการโดยสสาร (อะตอม, ไอออน, อิเล็กตรอน, วงจรตัวนำยิ่งยวดเป็นต้น) ยกตัวอย่างเช่นการส่งสัญญาณโฟโตนิกที่เชื่อถือได้ (แม่นยำยิ่งขึ้นเป็นโปรโตคอล QKD) ระหว่างจีนและออสเตรียโดยใช้ดาวเทียมวงโคจรต่ำเป็นลิงค์แสดงให้เห็นเมื่อเร็ว ๆ นี้ (ดูตัวอย่างที่นี่ )

โชคไม่ดีที่แสงยังมีปฏิกิริยาน้อยมาก (เหมือนที่มันเป็นโดยทั่วไป) กับแสงอื่น ๆ โฟตอนที่แตกต่างกันซึ่งไม่ได้มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันคือสิ่งที่ทำให้การคำนวณควอนตัมเชิงแสงค่อนข้างยุ่งยาก ตัวอย่างเช่นองค์ประกอบพื้นฐานเช่นประตูสองบิตเมื่อ qubits ดำเนินการโดยโฟตอนที่แตกต่างกันจำเป็นต้องมีรูปแบบของความไม่เชิงเส้นบางรูปแบบซึ่งโดยทั่วไปจะยากกว่าที่จะดำเนินการทดลอง

DanielSank ถูกต้อง แต่ฉันคิดว่าคำตอบนั้นลึกซึ้งยิ่งกว่าเดิม หากไม่มีการสูญเสียก็จะไม่มีทางที่รังสีพื้นหลังจะรั่วไหลเข้าสู่อุปกรณ์ควอนตัมของคุณ แม้ว่าในตอนแรกมันจะมีความร้อนที่น่าตื่นเต้นใคร ๆ ก็สามารถรีเซ็ตสถานะของ qubits ได้ ดังนั้นนอกเหนือจากการกระตุ้นด้วยความร้อนของไมโครเวฟ qubits เหตุผลพื้นฐานสำหรับพวกเขาที่ถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำนั้นจริงๆแล้วคือการสูญเสียอิเล็กทริกของวัสดุที่สถานะควอนตัมอาศัยอยู่

อากาศเรียกเก็บโฟตอนแสงเกือบจะไม่สูญเสีย แต่วงจรไฟฟ้าจะลดทอนพลาสม่าความถี่ไมโครเวฟที่ถือข้อมูลควอนตัม จนถึงวิธีเดียวที่จะกำจัดความสูญเสียเหล่านี้คือการใช้ตัวนำยิ่งยวดและยิ่งไปกว่านั้นในการแช่แข็งอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติของตัวนำยิ่งยวด แต่ไม่มีเหตุผลพื้นฐานที่ไม่สามารถใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นได้ ในอนาคตเมื่อวัสดุที่มีการสูญเสียลดลงกลายเป็นใช้ได้