양자 게이트는 실제로 어떻게 구현됩니까?

양자 게이트는 블랙 박스처럼 보인다. 우리는 그들이 어떤 종류의 작업을 수행 할 것인지 알고 있지만 실제로 실제로 구현할 수 있는지 (또는 우리가 할 수 있는지) 알 수 없습니다. 클래식 컴퓨터에서는 다이오드, 트랜지스터와 같은 반도체 장치를 사용하여 주로 구현되는 AND, NOT, OR, XOR, NAND, NOR 등을 사용합니다. 양자 게이트의 유사한 실험적 구현이 있습니까? 양자 컴퓨팅에 "유니버설 게이트"가 있습니까 (NAND 게이트가 클래식 컴퓨팅에서 보편적 인 것처럼)?

퀀텀 게이트를 복제하거나 충분한 수의 CNOT, H, X, Z 및 $\pi/8$ 회전 게이트를 사용하여 임의로 닫을 수 있습니다. 그것들은 보편적 인 양자 게이트 세트 를 형성하기 때문이다 ( M. Nielsen과 I. Chuang, 양자 계산 및 양자 정보, Cambridge University Press, 2016, 페이지 189 참조 ). 여기서 조심하십시오. 분명히, 우리는 무한정의 임의의 양자 게이트 $U$ 를 구현할 수 없습니다 . 대신, 주어진 $\epsilon>0$ , 우리가 구현 $U_{\epsilon}$ 인 $\epsilon$ 에 - 닫기 $U$ (참조 :양자 역학 및 양자 계산 MOOC는 UC Berkely가 EdX에서 제공합니다 ). 양자 게이트의 이러한 불완전 성은 오류 정정 코드 가 필요한 주된 이유 중 하나입니다 .

이러한 기본 게이트를 구현하려는 시도가있었습니다. 이러한 시도와 관련된 최근의 연구 작업을 추가하고 있습니다.

• CNOT : 두 개의 트랜스 몬 시스템에서 마이크로파 활성화 위상 (MAP) 게이트를 기반으로 한 제어 된 NOT 게이트 및 STIRAP 를 사용하는 Rydberg 원자 기반의 메소 스코픽 $\text{CNOT}^{\text{N}}$ 게이트 구성

• 하다 마드 (H) : 광학 구현을 통해 양자하다 마드 게이트를 실현하는 방법

• 위상 플립 (Z) : 다중 큐빗 제어 위상 플립 게이트의 1 단계 구현 및 실리콘 저속 광 광결정 도파관에서 양자점을 통한 양자 제어 위상 플립 게이트 구현

• 비트 플립 (X) : IBM Quantum Experience에 구현 된 키랄 스핀 플립 핑 게이트

• $\pi/8$

Wikipedia가 언급했듯이, 범용 양자 게이트의 다른 세트는 Ising 게이트와 위상 편이 게이트로 구성됩니다. 이들은 일부 갇힌 이온 양자 컴퓨터에서 기본적으로 사용 가능한 게이트 세트입니다 ( 원자 큐 비트가있는 작은 프로그램 가능 양자 컴퓨터의 데모 ).