Як реалізуються квантові ворота з точки зору динаміки?

Вираховуючи обчислення в термінах квантового кола, використовуються ворота , тобто (як правило) унітарні еволюції.

У певному сенсі це досить загадкові об'єкти, оскільки вони виконують «магічні» дискретні операції над станами. Вони по суті є чорними скриньками, внутрішніми роботами яких не часто займаються під час вивчення квантових алгоритмів. Однак квантова механіка працює не так: стани розвиваються безперервно за рівнянням Шредінгера.

Іншими словами, говорячи про квантові ворота та операції, нехтуючи динамічною (тобто гамільтоніанською), реалізуючи зазначену еволюцію, саме так ворота реально реалізуються в експериментальних архітектурах.

Один з методів - розкласти ворота з точки зору елементарних (у заданій експериментальній архітектурі). Це єдиний спосіб? Що з такими "елементарними" воротами? Як динаміку впровадження тих, що зазвичай знаходять?

— glS
джерело

Виражаючи класичні обчислення з точки зору логічних операцій, використовуються ворота. У деякому сенсі це по суті чорні скриньки, внутрішніми роботами яких не часто займаються під час вивчення класичних алгоритмів. Однак природа не працює так: держави розвиваються безперервно, описаними диференціальними рівняннями. Говорячи про класичні алгоритми, нехтуємо динамічною реалізацією зазначеної еволюції, саме так ворота реально реалізуються у фізичних системах. Але динамічна генерація воріт є неважливою, доки насправді ворота можуть бути реалізовані.

— Ніль де Бодорап

Я роблю риторичний пункт: що той самий аргумент можна було б спрямувати і на класичні обчислення, але ми дозволяємо собі розкіш абстракції, тому що ми знаємо, що операції реалізуються в принципі за допомогою відповідного застосування виробництва та контролю. Питання лише в тому, який рівень "принципу" вас би задовольнив. Подумайте про аналогію з класичним випадком: якби ви не знали про електроніку споживачів, який рівень деталізації ви би сподівались бути впевненим, що NAND є фізично зрозумілим, а не як інтелектуальна абстракція для міркувань?

— Ніль де Бодорап

@NieldeBeaudrap відповідь, яку я очікую, - це щось, що підкреслює, що спосіб більш складних воріт (скажімо, воріт Toffoli) реалізується через 1) декомпозицію воріт, використовуючи набори воріт, які є "простими" в даній архітектурі (що приносить дуже нетривіальне значення) проблема квантової компіляції), 2) методи квантового контролю, 3) використання допоміжних ступенів свободи, 4) реалізація воріт як ефективної динаміки у великому просторі Гільберта, 5) можливо інші методи

— glS

Ні, я запитую про методології, які використовуються сьогодні для впровадження воріт, які є більш-менш тими, про які я згадував вище. Це інакше, ніж запитати про те, як ворота розкладаються з точки зору простіших (у заданій архітектурі) воріт, адже це лише один із способів зробити це. Я редагував питання, намагаючись зробити це зрозумілим. Ось приклад статті, що використовує одну таку техніку для реалізації Toffoli: arxiv.org/abs/1501.04676 , яка може

— прояснити, наскільки

Розділ 1, а особливо додаток D моєї кандидатської дисертації пояснюють, як абстрактна логіка випливає з динаміки надпровідних кубітів.

— DanielSank

Взагалі кажучи, реалізація квантових воріт передбачає цілісне маніпулювання дворівневою системою (але це, можливо, для вас нічого нового). Наприклад, ви можете використовувати два довговічні електронні стани в захопленому атомі (нейтральний або іонізований у вакуумі) і використовувати застосоване електричне поле для здійснення одноквадратних операцій (наприклад, див. Захоплені іони або оптичні решітки).

Крім того, існують твердотільні рішення, такі як надпровідні кубіти або кубіти з дефектом кремнію, до яких звертається радіочастотна електроніка. Ви можете використовувати мікрохвильову піч підрівні ядерного віджиму або азотні вакансії в алмазі. Спільним є те, що маніпуляція та з'єднання кубітів здійснюється за допомогою застосованих світлих полів, і існує цілий ряд методів, які можна використовувати для налаштування міжрядкового інтервалу в цих системах, щоб увімкнути односпінову адресацію або маніпулювати життями.

Переклад від реалізації на Гамільтоніан, очевидно, залежить від вашого вибору системи, але з часом все зводиться до матриць Паулі в підсумку. Світлове поле забезпечує позадіагональні елементи у ваших операціях з одноквартирними перевагами, тоді як двоквітні операції складніші, а методи дуже залежні від реалізації.

— GroundhogState
джерело