Jismoniy va mantiqiy kubitlar - Physical and logical qubits

Yilda kvant hisoblash, a qubit ga o'xshash ma'lumotlarning birligi bit (ikkilik raqam) in klassik hisoblash, lekin unga ta'sir qiladi kvant mexanik xususiyatlari kabi superpozitsiya va chigallik Qubitlarning ba'zi birlari uchun ba'zi birlari uchun klassik bitlardan kuchliroq bo'lishiga imkon beradi vazifalar. Kubitlar ishlatiladi kvant davrlari va kvant algoritmlari tarkib topgan kvant mantiq eshiklari hal qilmoq hisoblash muammolari, ular qaerda ishlatiladi kirish / chiqish va oraliq hisoblashlar.

A jismoniy qubit kabi harakat qiladigan jismoniy qurilma ikki holatli kvant tizimi, a tarkibiy qismi sifatida ishlatiladi kompyuter tizimi.[1][2] A mantiqiy kubit a-da ko'rsatilganidek bajaradigan jismoniy yoki mavhum kubitdir kvant algoritmi yoki kvant davri[3] uchun mavzu unitar transformatsiyalar, etarlicha uzoq vaqtga ega muvofiqlik vaqti kvant mantiq eshiklari tomonidan ishlatilishi mumkin (c.f. ko'payishning kechikishi klassik mantiq eshiklari uchun).[1][4][5]

2018 yil sentyabr oyidan boshlab, kubitlarni amalga oshirishda foydalaniladigan ko'pgina texnologiyalar barqarorlik masalalariga duch keladi, parchalanish,[6][7] xatolarga bardoshlik[8][9] va ölçeklenebilirlik.[6][9][10] Shu sababli, maqsadlar uchun ko'plab jismoniy kubitlar zarur xatolarni tuzatish mantiqan kvant sxemasi yoki algoritmida bitta kubit kabi o'zini tutadigan shaxsni yaratish; bu mavzu kvant xatolarini tuzatish.[3][11] Shunday qilib, zamonaviy mantiqiy kubitlar odatda quyidagilardan iborat foydali hisob-kitoblarni bajarish uchun zarur bo'lgan barqarorlikni, xatolarni tuzatishni va xatolarga bardoshliligini ta'minlash uchun ko'plab jismoniy kubitlar.[1][7][11]

Umumiy nuqtai

1-bit va 2-bit kvant eshigi operatsiyalar universal ekanligi ko'rsatildi.[12][13][14][15] A kvant algoritmi sifatida isbotlanishi mumkin kvant davri.[16][17]

A mantiqiy qubit kvant mantiqiy eshiklaridan tuzilishi mumkin bo'lgan kvant mantiqiy operatsiyalari asosida bitta kubit kvant algoritmida o'zini qanday tutishi kerakligini belgilaydi. Biroq, hozirgi texnologiyalardagi muammolar bitta narsani istisno qiladi ikki holatli kvant tizimlari sifatida ishlatilishi mumkin jismoniy kubitlar, bu ma'lumotlarni ishonchli kodlash va foydali bo'lish uchun uzoq vaqt saqlashdan. Shuning uchun kattalashtiriladigan kvantli kompyuterlarni ishlab chiqarishga joriy urinishlar talab etiladi kvant xatolarini tuzatish va bitta (xatoga yo'l qo'ymaydigan mantiqiy kubit) yaratish uchun bir nechta (hozirda juda ko'p) jismoniy kubitlardan foydalanish kerak. Amaldagi xatolarni tuzatish sxemasiga va har bir jismoniy kubitning xato stavkalariga qarab, bitta mantiqiy kubit 1000 tagacha fizik kubitdan iborat bo'lishi mumkin.[18]

Topologik kvant hisoblash

Yondashuvi topologik kubitlar, bu foyda oladi kvant mexanikasidagi topologik effektlar, mantiqiy kubit uchun juda kam yoki hatto bitta jismoniy kubit kerak bo'lganda taklif qilingan.[10] Topologik kubitlar deb nomlangan zarralar sinfiga tayanadi anons bor aylantirish bu ham emas yarim integral (fermionlar ) na ajralmas (bosonlar ), va shuning uchun na ga itoat qiling Fermi-Dirak statistikasi na Bose-Eynshteyn statistikasi zarrachalar harakati.[19] Barcha ko'rgazma ortiqcha oro bermay simmetriya ularning ichida dunyo chiziqlari, kubitlarning barqarorligi uchun kerakli xususiyatlarga ega. Shunisi e'tiborga loyiqki, anyonlar ikkita fazoviy o'lchov bilan cheklangan tizimlarda mavjud bo'lishi kerak spin-statistika teoremasi, bu 3 yoki undan ortiq fazoviy o'lchovlarda faqat fermionlar va bozonlar mumkinligini ta'kidlaydi.[19]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ a b v Shou, Bilol; Uayld, Mark M.; Oreshkov, Ognyan; Kremskiy, Ishoq; Lidar, Daniel A. (2008-07-18). "Bitta mantiqiy kubitni oltita fizik kubitga kodlash". Jismoniy sharh A. 78 (1): 012337. arXiv:0803.1495. doi:10.1103 / PhysRevA.78.012337. ISSN  1050-2947.
  2. ^ Viola, Lorenza; Kill, Emanuil; Laflamme, Raymond (2001-09-07). "Fizik tizimlarda kubitlarni qurish". Fizika jurnali A: matematik va umumiy. 34 (35): 7067–7079. arXiv:kvant-ph / 0101090. doi:10.1088/0305-4470/34/35/331. ISSN  0305-4470.
  3. ^ a b Xeres, Reynyer V.; Reinxold, Filipp; Ofek, Nissim; Frunzio, Luidji; Tszyan, Liang; Devoret, Mishel H.; Shoelkopf, Robert J. (2016-08-08). "Osilatorda kodlangan mantiqiy kubitda universal eshiklar to'plamini amalga oshirish". Tabiat aloqalari. 8 (1): 94. arXiv:1608.02430. doi:10.1038 / s41467-017-00045-1. ISSN  2041-1723. PMC  5522494. PMID  28733580.
  4. ^ "Mantiqiy Qubitlar (LogiQ)". Intelligence Advanced tadqiqot loyihalari faoliyati. Olingan 2018-09-18.
  5. ^ "Mantiqiy Qubitlar (LogiQ)". www.iarpa.gov. Olingan 2018-10-04.
  6. ^ a b Riste, D.; Poletto, S .; Xuang, M.-Z .; Bruno, A .; Vesterinen, V .; Sayra, O.-P .; DiKarlo, L. (2014-10-20). "Stabilizator o'lchovlari yordamida mantiqiy kubitda bit-flip xatolarini aniqlash". Tabiat aloqalari. 6 (1): 6983. arXiv:1411.5542. doi:10.1038 / ncomms7983. ISSN  2041-1723. PMC  4421804. PMID  25923318.
  7. ^ a b Kapit, Eliot (2016-04-12). "Juda kichik mantiqiy kubit". Jismoniy tekshiruv xatlari. 116 (15): 150501. arXiv:1510.06117. doi:10.1103 / PhysRevLett.116.150501. ISSN  0031-9007. PMID  27127945.
  8. ^ Nigg, Doniyor; Myuller, Markus; Martines, Esteban A .; Shindler, Filipp; Xenrix, Markus; Monz, Tomas; Martin-Delgado, Migel A.; Blatt, Rayner (2014-07-18). "Topologik kodlangan kubit bo'yicha eksperimental kvant hisoblash". Ilm-fan. 345 (6194): 302–305. arXiv:1403.5426. Bibcode:2014Sci ... 345..302N. doi:10.1126 / science.1253742. ISSN  0036-8075. PMID  24925911.
  9. ^ a b "Kvant hisoblashda ko'lamini oshirishga erishish". Microsoft bulutli bloglari. Microsoft. 2018-05-16. Olingan 2018-09-18.
  10. ^ a b Mishmash, Rayan; Alicea, Jeyson (2017-08-16). "Topologik kubitlar: 2018 yilga etib kelasizmi?". Kvant chegaralari. Olingan 2018-09-17.
  11. ^ a b Jons, Kodi; Fogarti, Maykl A.; Morello, Andrea; Jyur, Mark F.; Dzurak, Endryu S.; Ladd, Taddey D. (2018-06-01). "Yarimo'tkazgichli kvant nuqtalarining chiziqli massividagi mantiqiy kubit". Jismoniy sharh X. 8 (2): 021058. arXiv:1608.06335. doi:10.1103 / PhysRevX.8.021058. ISSN  2160-3308.
  12. ^ DiVincenzo, Devid P. (1995-02-01). "Ikki bitli eshiklar kvant hisoblash uchun universaldir". Jismoniy sharh A. 51 (2): 1015–1022. arXiv:kond-mat / 9407022. Bibcode:1995PhRvA..51.1015D. doi:10.1103 / PhysRevA.51.1015. PMID  9911679.
  13. ^ Deutsch, Devid; Barenco, Adriano; Ekert, Artur (1995-06-08). "Kvant hisoblashida universallik". London A Qirollik jamiyati materiallari: Matematik va fizika fanlari. 449 (1937): 669–677. arXiv:kvant-ph / 9505018. Bibcode:1995RSPSA.449..669D. CiteSeerX  10.1.1.54.2646. doi:10.1098 / rspa.1995.0065. ISSN  1471-2946.
  14. ^ Barenco, Adriano (1995-06-08). "Kvant hisoblash uchun universal ikki bitli eshik". London A Qirollik jamiyati materiallari: Matematik va fizika fanlari. 449 (1937): 679–683. arXiv:quant-ph / 9505016. Bibcode:1995RSPSA.449..679B. doi:10.1098 / rspa.1995.0066. ISSN  1471-2946.
  15. ^ Lloyd, Set (1995-07-10). "Deyarli har qanday kvant mantiq darvozasi universaldir". Jismoniy tekshiruv xatlari. 75 (2): 346–349. Bibcode:1995PhRvL..75..346L. doi:10.1103 / PhysRevLett.75.346. PMID  10059671.
  16. ^ Yazdani, Maryam; Zamani, Morteza Saheb; Sedighi, Mehdi (2013-06-09). "ILP va grafika chizmalaridan foydalangan holda kvant fizikaviy dizayn oqimi". Kvant ma'lumotlarini qayta ishlash jurnali. arXiv:1306.2037.
  17. ^ Uitni, Mark; Isaylovich, Nemanya; Patel, Yatish; Kubiatowicz, Jon (2007-04-02). "Kvantli davrlar uchun avtomatlashtirilgan tartib va ​​boshqarish". ACM hisoblash chegaralari. arXiv:0704.0268.
  18. ^ Fowler, Ostin G.; Mariantoni, Matteo; Martinis, Jon M.; Kleland, Endryu N. (2012). "Yuzaki kodlar: amaliy keng ko'lamli kvant hisoblash tomon". Jismoniy sharh A. 86 (3). arXiv:1208.0928. doi:10.1103 / PhysRevA.86.032324. ISSN  1050-2947.
  19. ^ a b Wilczek, Frank (2018-02-27). "Qanday qilib" Anyon "zarralari kvant tugunlaridan paydo bo'ladi | Quanta jurnali". Quanta jurnali. Olingan 2018-09-18.