양자 컴퓨터가 절대 제로 근처에 유지되어야하는 이유는 무엇입니까?

양자 컴퓨터에 대한 온라인 설명은 종종 절대 영점 ( 0 K 또는 − 273.15)을 유지하는 방법에 대해 논의합니다..$\left(0~\mathrm{K}~\text{or}~-273.15~{\left. {}^{\circ}\mathrm{C} \right.}\right)$

질문 :

1. 양자 컴퓨터가 왜 극한의 온도 조건에서 작동해야합니까?

2. 모든 양자 컴퓨터에서 극도로 낮은 온도에 대한 필요성이 동일합니까, 아니면 아키텍처에 따라 다릅니 까?

3. 과열되면 어떻게됩니까?

^{출처 : Youtube , D-Wave}

우선, 모든 시스템이 절대 영점 근처에 있어야하는 것은 아닙니다. 그것은 양자 컴퓨터의 실현에 달려 있습니다. 예를 들어, 광학 양자 컴퓨터는 절대 영점에 가깝게 유지 될 필요는 없지만 초전도 양자 컴퓨터는 그렇지 않습니다. 두 번째 질문에 대한 답입니다.

첫 번째 질문에 답하기 위해 열전 환경이 큐 비트 에너지의 변동을 유발할 수 없도록 초전도 양자 컴퓨터 (예를 들어)를 저온으로 유지해야합니다. 이러한 변동은 큐 비트의 소음 / 오류입니다.

( 초전도 양자 컴퓨터를 사용하는 동안 광학 양자 컴퓨터를 절대 영점 근처로 유지할 필요가없는 이유는 무엇입니까? 및 후속 정보에 대한 Daniel Sank의 답변을 참조하십시오.)

이 질문 (및 가능한 답변)을 올바르게 이해하려면 온도 와 양자 상태와의 관계와 관련된 몇 가지 개념을 논의해야합니다 . 나는 솔리드 스테이트 에서 질문이 더 합리적이라고 생각하기 때문에이 답변은 그것이 우리가 이야기하는 것이라고 가정합니다.

$p_i$$i$${\varepsilon}_i$$T$

$p_i={\frac{e^{- {\varepsilon}_i / k T}}{\sum_{j=1}^{M}{e^{- {\varepsilon}_j / k T}}}}$

$k$

${\varepsilon}_i$

또한 응축 물질 내 원자 또는 분자의주기적인 탄성 배열에서의 집합 적 여기 인 포논 (phonon ) 을 고려해야 합니다. 다음은 우리가 절묘한 양자 제어 할 수없는 곳으로 고체의 부분에 우리의 큐 비트에서 종종 에너지의 항공사이며, 틱 따라서 thermalized되어 소위 열 목욕 .

양자 컴퓨터가 왜 극한의 온도 조건에서 작동해야합니까?

우리는 고체 물질 덩어리의 양자 상태를 완전히 제어 할 수 없습니다. 동시에, 우리는 우리의 양자 컴퓨터의 양자 상태를 완전히 제어 할 필요가 있는데 , 이는 우리의 정보가있는 양자 상태의 부분 집합을 의미 합니다 . 이들은 무질서한 열 환경으로 둘러싸인 순수한 상태 (양자 중첩 포함)에서 살 것이다.

$p_i=0$${\varepsilon}_i<<kT$

$|0>$$|1>$

이제 포논에 대해 생각한다면, 그것들은 여기 (excitation)이며 에너지를 소비하고 고온에서 더 풍부하다는 것을 상기하십시오. 온도가 상승함에 따라 사용 가능한 포논 수가 증가하고 에너지가 상승하여 때로는 다른 종류의 여기와 상호 작용할 수 있습니다 (열역학을 가속화). 결국 양자 컴퓨터에 해로운 것입니다.

모든 양자 컴퓨터에서 극도로 낮은 온도에 대한 필요성이 동일합니까, 아니면 아키텍처에 따라 다릅니 까?

다양하고 극적으로 다릅니다. 솔리드 스테이트 내에서는 큐빗을 구성하는 상태의 에너지에 의존합니다. 위에서 지적하고 후속 질문에서 지적한 것처럼 고체 상태를 벗어나는 이유는 ( 초전도 양자 컴퓨터는 광학 양자 컴퓨터를 절대 영점에 가깝게 유지할 필요가없는 이유는 무엇입니까? ), 이것은 또 다른 이야기입니다.

과열되면 어떻게됩니까?

위 참조. 간단히 말해 : 양자 정보를 더 빨리 잃게됩니다.