역학 측면에서 양자 게이트는 어떻게 구현됩니까?


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양자 회로의 관점에서 계산을 표현할 때 게이트 , 즉 (일반적으로) 단일 진화를 사용합니다.

어떤 의미에서, 이들은 상태에 대해 "마법적인"이산적인 작업을 수행한다는 점에서 다소 신비한 대상입니다. 그것들은 본질적으로 블랙 박스이며, 양자 알고리즘을 연구하는 동안 내부 작업이 종종 처리되지 않습니다. 그러나 그것은 양자 역학이 작동하는 방식이 아니다 : 상태는 슈뢰딩거 방정식에 따라 연속적으로 진화한다.

다시 말해, 양자 게이트와 연산에 대해 이야기 할 때, 진화론을 실현 하는 역동적 (즉, 해밀턴)을 무시하는 것인데, 이것이 게이트가 실험적 아키텍처에서 실제로 구현되는 방식입니다.

한 가지 방법은 기본 (주어진 실험 구조에서) 방법으로 게이트를 분해하는 것입니다. 이것이 유일한 방법입니까? 그런 "초등"문은 어떻습니까? 일반적으로 구현되는 역학은 어떻게 찾습니까?


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논리 연산의 관점에서 고전적인 계산을 표현할 때 게이트를 사용합니다. 어떤 의미에서, 이들은 본질적으로 블랙 박스이며, 고전적인 알고리즘을 연구하는 동안 내부 작업이 종종 처리되지 않습니다. 그러나 그것은 자연이 작동하는 방식이 아닙니다. 고전적인 알고리즘에 대해 이야기 할 때, 동적 진화는 상기 진화를 실현하는 것을 무시하는데, 이것이 게이트가 실제 시스템에서 실제로 실현되는 방법입니다. 그러나 게이트가 실제로 구현 될 수있는 한, 동적으로 게이트를 생성하는 것은 중요하지 않습니다.
Niel de Beaudrap

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나는 수사 학적 주장을하고있다 : 같은 주장이 고전적인 계산에 관한 것일 수 있지만, 우리는 그 작업이 원칙적으로 적절한 제조 및 제어의 적용에 의해 실현 가능하다는 것을 알고 있기 때문에 추상화의 사치를 누릴 수있다. 유일한 질문은 어떤 수준의 '원리'가 당신을 만족시킬 것인가입니다. 소비자 전자 제품에 대해 모른다면 추론에 대한 지적 추상화가 아니라 NAND가 물리적으로 실현 가능하다는 것을 어느 정도의 수준으로 만족시키기를 원하십니까?
Niel de Beaudrap

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@NieldeBeaudrap 내가 기대하는 대답은 더 복잡한 게이트 (예 : Toffoli 게이트)가 구현되는 방식이 1) 주어진 아키텍처에서 "단순한"게이트 세트를 사용하는 게이트 분해를 통해 강조된다는 것입니다 (매우 중요하지 않습니다) 양자 컴파일 문제), 2) 양자 제어 기술, 3) 보조 자유도 사용, 4) 더 넓은 힐버트 공간에서 효과적인 역학으로서 게이트 구현, 5) 다른 방법
glS

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아니요, 오늘 게이트를 구현하는 데 사용되는 방법론에 대해 묻고 있습니다. 이는 게이트가 쉬운 (주어진 아키텍처에서) 게이트 측면에서 어떻게 분해되는지에 대한 질문과 다릅니다. 이 점을 더 명확하게하기 위해 질문을 편집했습니다. 다음은 이러한 기법 중 하나를 사용하여 Toffoli : arxiv.org/abs/1501.04676 을 사용하는 논문의 예입니다. 이 질문에 대한 답변을
밝힐

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나의 박사 학위 논문 의 1 장, 특히 부록 D 는 초전도 큐 비트의 역학에서 추상적 논리가 어떻게 나오는지 설명합니다.
DanielSank

답변:


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일반적으로, 양자 게이트의 실현은 2- 레벨 시스템의 일관된 조작을 포함합니다 (그러나 이것은 여러분에게 새로운 것은 아닙니다). 예를 들어, 포획 된 원자 (중성 또는 진공에서 이온화 됨)에서 2 개의 수명이 긴 전자 상태를 사용하고 적용된 전기장을 사용하여 단일 큐빗 작업을 구현할 수 있습니다 (예 : 포집 된 이온 또는 광학 격자 참조).

대안 적으로, 고주파 전자 장치에 의해 처리되는 초전도 큐 비트 또는 실리콘 결함 큐 비트와 같은 고체 솔루션이있다. 마이크로 웨이브 주소가 지정된 핵 스핀 하위 수준 또는 다이아몬드의 질소 빈 세포를 사용할 수 있습니다. 공통점은 큐 비트의 조작 및 커플 링이 적용된 라이트 필드를 통해 이루어지며 단일 스핀 주소 지정 또는 수명 조정을 위해 이러한 시스템의 레벨 간격을 조정하는 데 사용할 수있는 다양한 방법이 있습니다.

구현에서 해밀턴으로의 변환은 분명히 시스템 선택에 달려 있지만 결국에는 결국 Pauli 행렬로 되돌아갑니다. 라이트 필드는 단일 큐빗 연산에서 비 대각선 요소를 제공하는 반면 2 큐빗 연산은 까다 롭고 기술은 구현에 따라 다릅니다.

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