WikiDer > Физические и логические кубиты

Physical and logical qubits

В квантовые вычисления, а кубит единица информации, аналогичная немного (двоичная цифра) в классические вычисления, но на него влияет квантово-механические свойства такие как суперпозиция и запутанность которые позволяют кубитам быть в некоторых отношениях более мощными, чем классические биты для некоторых задачи. Кубиты используются в квантовые схемы и квантовые алгоритмы состоит из квантовые логические ворота решать вычислительные проблемы, где они используются для ввод, вывод и промежуточные вычисления.

А физический кубит физическое устройство, которое ведет себя как квантовая система с двумя состояниями, используется как компонент компьютерная система.[1][2] А логический кубит физический или абстрактный кубит, который работает, как указано в квантовый алгоритм или квантовая схема[3] при условии унитарные преобразования, имеет достаточно длинный время согласованности для использования квантовыми логическими вентилями (см. Задержка распространения для классических логических вентилей).[1][4][5]

По состоянию на сентябрь 2018 г., большинство технологий, используемых для реализации кубитов, сталкиваются с проблемами стабильности, декогеренция,[6][7] Отказоустойчивость[8][9] и масштабируемость.[6][9][10] Из-за этого требуется много физических кубитов для исправление ошибки для создания объекта, который ведет себя логически, как отдельный кубит в квантовой схеме или алгоритме; это предмет квантовая коррекция ошибок.[3][11] Таким образом, современные логические кубиты обычно состоят из множество физических кубитов для обеспечения стабильности, исправления ошибок и отказоустойчивости, необходимых для выполнения полезных вычислений.[1][7][11]

Обзор

1-битный и 2-битный квантовые ворота Показано, что операции универсальны.[12][13][14][15] А квантовый алгоритм можно создать как квантовая схема.[16][17]

А логичный кубит определяет, как отдельный кубит должен вести себя в квантовом алгоритме, при условии выполнения квантовых логических операций, которые могут быть построены из квантовых логических вентилей. Однако проблемы в современных технологиях не позволяют квантовые системы с двумя состояниями, который можно использовать как физический кубиты, от надежного кодирования и хранения этой информации достаточно долго, чтобы быть полезной. Таким образом, текущие попытки создать масштабируемые квантовые компьютеры требуют квантовая коррекция ошибок, а несколько (в настоящее время много) физических кубитов должны использоваться для создания одного устойчивого к ошибкам логического кубита. В зависимости от используемой схемы исправления ошибок и частоты ошибок каждого физического кубита один логический кубит может состоять из 1000 физических кубитов.[18]

Топологические квантовые вычисления

Подход топологические кубиты, который использует топологические эффекты в квантовой механике, было предложено по мере необходимости намного меньше или даже один физический кубит на логический кубит.[10] Топологические кубиты основаны на классе частиц, называемом анйоны который имеет вращение это ни то, ни другое полуцелой (фермионы) ни интеграл (бозоны), и поэтому не подчиняются Статистика Ферми – Дирака ни Статистика Бозе – Эйнштейна поведения частиц.[19] Выставка Anyons коса симметрия в их мировые линии, который имеет желаемые свойства для стабильности кубитов. Примечательно, что анионы должны существовать в системах, ограниченных двумя или менее пространственными измерениями, согласно спин-статистическая теорема, который утверждает, что в трех или более пространственных измерениях возможны только фермионы и бозоны.[19]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c Шоу, Билал; Уайльд, Марк М .; Орешков, Огнян; Кремский, Исаак; Лидар, Даниэль А. (18.07.2008). «Кодирование одного логического кубита в шесть физических кубитов». Физический обзор A. 78 (1): 012337. arXiv:0803.1495. Дои:10.1103 / PhysRevA.78.012337. ISSN 1050-2947.
  2. ^ Виола, Лоренца; Книл, Эмануэль; Лафламм, Раймонд (2001-09-07). «Конструирование кубитов в физических системах». Журнал физики A: математические и общие. 34 (35): 7067–7079. arXiv:Quant-ph / 0101090. Дои:10.1088/0305-4470/34/35/331. ISSN 0305-4470.
  3. ^ а б Heeres, Reinier W .; Рейнхольд, Филипп; Офек, Нисим; Фрунцио, Луиджи; Цзян, Лян; Devoret, Michel H .; Шелькопф, Роберт Дж. (8 августа 2016 г.). «Реализация универсального набора вентилей на логическом кубите, закодированном в осциллятор». Nature Communications. 8 (1): 94. arXiv:1608.02430. Дои:10.1038 / s41467-017-00045-1. ISSN 2041-1723. ЧВК 5522494. PMID 28733580.
  4. ^ «Логические кубиты (LogiQ)». Деятельность в области перспективных исследовательских проектов разведки. Получено 2018-09-18.
  5. ^ «Логические кубиты (LogiQ)». www.iarpa.gov. Получено 2018-10-04.
  6. ^ а б Ristè, D .; Poletto, S .; Huang, M.-Z .; Bruno, A .; Вестеринен, В .; Сайра, О.-П .; ДиКарло, Л. (2014-10-20). «Обнаружение ошибок переворота битов в логическом кубите с помощью измерений стабилизатора». Nature Communications. 6 (1): 6983. arXiv:1411.5542. Дои:10.1038 / ncomms7983. ISSN 2041-1723. ЧВК 4421804. PMID 25923318.
  7. ^ а б Капит, Элиот (2016-04-12). «Очень маленький логический кубит». Письма с физическими проверками. 116 (15): 150501. arXiv:1510.06117. Дои:10.1103 / PhysRevLett.116.150501. ISSN 0031-9007. PMID 27127945.
  8. ^ Нигг, Дэниел; Мюллер, Маркус; Мартинес, Эстебан А .; Шиндлер, Филипп; Хеннрих, Маркус; Монц, Томас; Martin-Delgado, Miguel A .; Блатт, Райнер (18.07.2014). «Экспериментальные квантовые вычисления на топологически закодированном кубите». Наука. 345 (6194): 302–305. arXiv:1403.5426. Bibcode:2014Наука ... 345..302N. Дои:10.1126 / science.1253742. ISSN 0036-8075. PMID 24925911.
  9. ^ а б «Достижение масштабируемости в квантовых вычислениях». Блоги Microsoft Cloud. Microsoft. 2018-05-16. Получено 2018-09-18.
  10. ^ а б Мишмаш, Райан; Алиса, Джейсон (2017-08-16). "Топологические кубиты: прибудут в 2018?". Квантовые границы. Получено 2018-09-17.
  11. ^ а б Джонс, Коди; Фогарти, Майкл А .; Морелло, Андреа; Gyure, Mark F .; Дзурак, Андрей С .; Лэдд, Таддеус Д. (2018-06-01). «Логический кубит в линейном массиве полупроводниковых квантовых точек». Физический обзор X. 8 (2): 021058. arXiv:1608.06335. Дои:10.1103 / PhysRevX.8.021058. ISSN 2160-3308.
  12. ^ Ди Винченцо, Дэвид П. (1995-02-01). «Двухбитовые вентили универсальны для квантовых вычислений». Физический обзор A. 51 (2): 1015–1022. arXiv:cond-mat / 9407022. Bibcode:1995ПхРвА..51.1015Д. Дои:10.1103 / PhysRevA.51.1015. PMID 9911679.
  13. ^ Дойч, Дэвид; Баренко, Адриано; Экерт, Артур (1995-06-08). «Универсальность в квантовых вычислениях». Труды Лондонского королевского общества A: математические и физические науки. 449 (1937): 669–677. arXiv:Quant-ph / 9505018. Bibcode:1995RSPSA.449..669D. CiteSeerX 10.1.1.54.2646. Дои:10.1098 / RSPA.1995.0065. ISSN 1471-2946.
  14. ^ Баренко, Адриано (1995-06-08). «Универсальный двухбитовый вентиль для квантовых вычислений». Труды Лондонского королевского общества A: математические и физические науки. 449 (1937): 679–683. arXiv:Quant-ph / 9505016. Bibcode:1995RSPSA.449..679B. Дои:10.1098 / RSPA.1995.0066. ISSN 1471-2946.
  15. ^ Ллойд, Сет (1995-07-10). «Практически любой вентиль квантовой логики универсален». Письма с физическими проверками. 75 (2): 346–349. Bibcode:1995PhRvL..75..346L. Дои:10.1103 / PhysRevLett.75.346. PMID 10059671.
  16. ^ Яздани, Марьям; Замани, Мортеза Сахеб; Седиги, Мехди (09.06.2013). «Квантовый физический процесс проектирования с использованием ILP и рисования графиков». Журнал квантовой обработки информации. arXiv:1306.2037.
  17. ^ Уитни, Марк; Исаилович, Неманья; Патель, Ятиш; Кубятович, Джон (2007-04-02). «Автоматизированное создание схемы и управления квантовыми схемами». ACM Computing Frontiers. arXiv:0704.0268.
  18. ^ Фаулер, Остин Дж .; Мариантони, Маттео; Мартинис, Джон М .; Клеланд, Эндрю Н. (2012). «Поверхностные коды: к практическим крупномасштабным квантовым вычислениям». Физический обзор A. 86 (3). arXiv:1208.0928. Дои:10.1103 / PhysRevA.86.032324. ISSN 1050-2947.
  19. ^ а б Вильчек, Франк (27.02.2018). "Как частицы" аньон "появляются из квантовых узлов | Quanta Magazine". Журнал Quanta. Получено 2018-09-18.