มีของเล่นหรืออุปกรณ์การคำนวณควอนตัมทางการศึกษาอยู่หรือไม่?

คำถามที่ได้รับแรงบันดาลใจจากบทความนี้จาก IEEE Spectrum บนบล็อกที่มีตัวกรองโพลาไรซ์แตกต่างกันสำหรับใช้ในห้องเรียนและคำถามก่อนหน้าของฉันเกี่ยวกับการเป็นตัวแทนการทดลองสามขั้ว - ฟิลเตอร์ ที่นี่ฉันต้องการไปทางอื่น

มีของเล่นคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อการศึกษาที่สามารถหาซื้อได้อย่างง่ายดายเช่นครูฟิสิกส์อาจใช้ในห้องเรียนหรือไม่? ฉันจินตนาการว่าที่นี่ชุดตัวกรองโพลาไรซ์หรือตัวแยกลำแสงที่คุณสามารถ (ร่วมกับเลเซอร์) สร้างวงจรควอนตัมที่ง่ายมาก

ฉันสนใจวิธีหาประตู CNOT เป็นพิเศษ

นี่คือผลงานสองสามข้อที่เกี่ยวข้องกับคำถามของคุณ:

1- เมื่อเร็ว ๆ นี้Chris Ferrie ได้สร้างเกมไพ่โอเพนซอร์ซโดยใช้กลศาสตร์ควอนตัมรุ่นของเล่น$<B|racket|S>$.

2- บริษัทPhase Space Computingทำการตลาดชุดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่จำลองประตูควอนตัมและอัลกอริทึมควอนตัมอย่างง่าย

คุณสามารถได้ม้านั่งแบบออปติคัลที่มักใช้สำหรับห้องเรียน

สำหรับตัวอย่างสองสามข้อ:

3B วิทยาศาสตร์

ความชำนาญพิเศษของโรงเรียน

ฉันคิดว่าสิ่งที่ฉันเคยสอนมาก่อนนั้นมาจาก 3B แต่ฉันไม่รู้เกี่ยวกับคนอื่นดังนั้นลองค้นคว้าด้วยตัวเองมากกว่าที่จะแนะนำผลิตภัณฑ์จากฉัน มีหลายตัวเลือกและตัวเลือกนี้จะขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านคุณภาพ / ต้นทุนของคุณ

สิ่งเหล่านี้จะเป็นการทดลองเกี่ยวกับเลนส์และการเลี้ยวเบนมากกว่าการโพลาไรซ์ดังนั้นคุณจะต้องแยกโพลาไรเซอร์ออกจากกัน ตัวอย่าง:

Edmund Optics

แต่คุณจะเห็นว่าชิ้นส่วนทั้งหมดถูกนำไปติดตั้งบนรางเพื่อให้คุณสามารถเลื่อนไปมาได้อย่างง่ายดาย นั่นคือการจัดเรียงของการตั้งค่าที่จะมองหาเพื่อให้ทุกอย่างเรียงกันไปตามแนวลำแสงนั้นง่ายขึ้น

ในการสอนการทดลองทั้งสามโพลาไรเซอร์เราก็จะมีเครื่องมือตรวจจับเพื่อวัดความเข้ม แต่คุณไม่จำเป็นว่าถ้ามันเป็นของเล่นมากกว่าการสอนให้พอดีกับข้อมูลกับสิ่งที่ชอบ $A \sin^2 (B \theta + C)$ ด้วยการวิเคราะห์ข้อผิดพลาด

คอมพิวเตอร์ควอนตัมนั้นค่อนข้างยากที่จะสร้างขึ้น การทดลองกับฟิลเตอร์โพลาไรซ์หรือตัวแยกลำแสงจะสามารถแสดงให้เห็นถึงผลกระทบเชิงควอนตัม แต่ฉันรู้ว่าไม่มีทางที่จะสร้างวงจรควอนตัมอย่างง่ายสำหรับหลาย qubits เว้นแต่คุณจะมีแหล่งโฟตอนเดียวและเครื่องตรวจจับ

หรือคุณสามารถใช้อุปกรณ์ที่ใช้ระบบคลาวด์ในปัจจุบัน IBM Q ประสบการณ์มีอินเตอร์เฟซ GUI ง่ายที่จะเหมาะสำหรับนักเรียน (หลังจากการแนะนำบางส่วน) และจากนั้นจะทำงานวงจรบนฮาร์ดแวร์จริง หากนักเรียนของคุณสามารถสร้างวงจรได้โดยทางโปรแกรมพวกเขาสามารถใช้ฮาร์ดแวร์ของควอนตัมของไอบีเอ็มและฮาร์ดแวร์ของRigetti ได้มากขึ้นกับ บริษัท อื่น ๆ ด้วย

สำหรับการทดสอบ 'qubit เดียว' คุณอาจใช้ตัวกรองโพลาไรซ์ก็ได้ $|0\rangle$ และ $|1\rangle$ สถานะของ qubit อาจเกี่ยวข้องกับโพลาไรเซชันแนวนอนและแนวตั้งและ $|+\rangle$ และ $|-\rangle$ รัฐอาจเกี่ยวข้องกับมุมของ $45^{\circ}$ และ $135^{\circ}$. จากนั้นเพียงแค่ยกฟิลเตอร์ขึ้นมาคุณก็สามารถเปลี่ยนแสงแดดให้กลายเป็นสายเดี่ยวของ qubits ในสถานะที่กำหนด

ด้วยตัวกรองที่สองคุณสามารถวัดในทำนองเดียวกัน $|0\rangle / |1\rangle$ พื้นฐาน (โดยถือมันในแนวนอนหรือแนวตั้งและดูว่ามีแสงออกมา) หรือ $|+\rangle / |-\rangle$พื้นฐาน (โดยถือตามแนวทแยงมุม) ด้วยตัวกรองหลายตัวคุณสามารถโยงการวัดเหล่านี้และแสดงว่าฐานการวัดประกอบอย่างไร คุณยังสามารถรีเมคเกมที่ผมทำเพื่อให้ทำงานบนคอมพิวเตอร์ควอนตัม: Battleships ด้วยการวัดที่สมบูรณ์

นี่จะเป็นตัวอย่าง qubit เดียวแม้ว่าคุณจะมี qubits จำนวนมากเพราะพวกเขาอยู่ในสถานะเดียวกันเสมอและพวกเขาไม่เคยมีปฏิสัมพันธ์ ดังนั้นคุณมีตัวอย่างของกระบวนการ qubit จำนวนมากที่เกิดขึ้นกับคุณทั้งหมดในคราวเดียว

การเปิดเผยข้อมูล: ฉันทำงานให้กับ IBM และ Rigetti เคยมอบเสื้อยืดให้ฉัน