토폴로지 퀀텀 컴퓨터 라는 용어를 몇 번 들었으며, 다항식 시간 감소와 관련하여 회로를 사용하는 퀀텀 컴퓨터와 동일하다는 것을 알고 있습니다.
그러나 그러한 양자 컴퓨터가 다른 컴퓨터와 어떻게 다른지, 어떻게 작동하는지, 그리고 그 장점이 무엇인지는 분명하지 않습니다.
요컨대 , 게이트 기반 양자 컴퓨터와 같은 다른 모델과 토폴로지 양자 컴퓨터 는 어떻게 다른가? 그리고 다른 모델보다 더 적합한 특정 사용 사례는 무엇입니까?
토폴로지 퀀텀 컴퓨터 라는 용어를 몇 번 들었으며, 다항식 시간 감소와 관련하여 회로를 사용하는 퀀텀 컴퓨터와 동일하다는 것을 알고 있습니다.
그러나 그러한 양자 컴퓨터가 다른 컴퓨터와 어떻게 다른지, 어떻게 작동하는지, 그리고 그 장점이 무엇인지는 분명하지 않습니다.
요컨대 , 게이트 기반 양자 컴퓨터와 같은 다른 모델과 토폴로지 양자 컴퓨터 는 어떻게 다른가? 그리고 다른 모델보다 더 적합한 특정 사용 사례는 무엇입니까?
답변:
Kitaev는 위상 양자 컴퓨팅에 대한 아이디어를 이 논문 에서 소개했다 . 기본 아이디어는 anyone으로 알려진 이국적인 유형의 입자의 특성을 사용하여 양자 컴퓨터를 구축하는 것입니다.
이 목적을 위해 훌륭한 두 가지 주요 속성이 있습니다. 하나는 복합 입자, 우리가 부르는 과정을 만드는 데 사용할 때 발생하는 것입니다 융합 . 소위 Ising anyons (Majoranas라고도 함)를 예로 들어 봅시다. 이 입자 중 두 개를 모으면 소멸 될 수 있습니다. 그러나 그들이 fermion이 될 수도 있습니다.
어떤 일이 일어날 지 알 수있는 경우가 있습니다. Ising anyone이 진공에서 생성 된 쌍만 있다면, 결합 될 때 진공으로 돌아갈 것입니다. Fermion을 두 Ising anyone으로 나누면 다시 fermion으로 돌아갑니다. 그러나 두 Ising 누군가가 처음으로 만나면 그 조합의 결과는 완전히 무작위입니다.
이러한 모든 가능성을 어떻게 든 추적해야합니다. 이는 융합 공간으로 알려진 힐버트 공간을 통해 이루어집니다. 그러나 많은 사람들이 힐버트 공간의 특성은 많은 스핀 큐 비트 또는 초전도 큐 비트 등과는 매우 다릅니다. 융합 공간은 입자 자체의 내부 자유도를 나타내지 않습니다. 당신은 당신이 원하는 모든 사람을 자극하고 찌를 수 있습니다, 당신은이 공간 내의 상태에 대해 아무것도 배우지 않을 것입니다. 그것은 융합에 의해 누군가가 서로 어떻게 관련되는지를 설명합니다. 따라서, 누군가를 멀리 떨어 뜨려 놓으면 분리가이 Hilbert 공간으로 침입하여 그곳에 저장 한 상태를 방해하기가 매우 어렵다는 것을 알게됩니다. 이것은 큐빗을 저장하기에 완벽한 장소입니다.
anyone의 다른 유용한 속성은 끈입니다. 서로 움직일 때 일어나는 일에 대해 설명합니다. 그들이 어떤 식 으로든 서로 가까이 가지 않더라도, 이러한 궤도는 융합 결과에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 두 Ising anyone이 소멸 될 예정이지만, 다른 Ising anyon이 융합되기 전에 그들 사이를 통과하면 대신 fermion으로 바뀝니다. 그들이 지나갈 때 그들 사이에 우주의 절반이 있었지만 어떻게 든 그들은 여전히 알고 있습니다. 이것은 우리가 융합 공간에 저장된 큐 비트에서 게이트를 수행 할 수있게합니다. 이 게이트의 효과는 작은 세부 사항이 아니라 누군가가 서로를 따라가는 경로의 토폴로지에만 의존합니다. 따라서 다른 유형의 큐 비트에서 수행되는 게이트보다 오류가 발생하기 쉽습니다.
이러한 특성은 토폴로지 양자 컴퓨팅에 양자 오류 수정과 유사한 내장 보호 기능을 제공합니다. QEC와 마찬가지로 정보는 로컬 오류로 인해 쉽게 방해받지 않도록 전파됩니다. QEC와 마찬가지로 로컬 오류는 흔적을 남깁니다 (아무리 조금 움직이거나 진공에서 새 쌍을 만드는 것). 이를 감지하면 쉽게 정리할 수 있습니다. 따라서 다른 사람이 만든 큐비 트는 다른 물리적 시스템에서 만든 큐 비트보다 노이즈가 훨씬 적습니다.
큰 문제는 아무도 존재하지 않는다는 것입니다. 그들의 특성은 우리가 살고있는 것과 같이 3 차원 이상의 공간 차원을 가진 어떤 우주에서도 수학적으로 일치하지 않습니다.
다행히도 우리는 그것들을 기존의 것으로 속일 수 있습니다. 예를 들어 특정 재료는 입자처럼 작동하는 국소 여기가 있습니다. 이것들은 준 입자 로 알려져 있습니다 . 충분히 이국적인 물질의 2D 물질로, 이러한 준 입자는 누구와도 같이 행동 할 수 있습니다. Kitaev의 원본 논문은 그러한 재료의 일부 장난감 모델을 제안했습니다.
또한 2D 격자를 기반으로 한 양자 오류 수정 코드는 호스트를 누구에게나 재생할 수 있습니다. 잘 알려진 표면 코드에서 , 오차는 진공으로부터 임의의 쌍의 쌍이 생성되게한다. 오류를 해결하려면 쌍을 찾아 다시 활성화해야합니다. 이러한 사람은 융합 공간을 갖기에는 너무 단순하지만, 입자처럼 움직일 수 있는 코드에 결함을 만들 수 있습니다. 이것들은 큐 비트를 저장하기에 충분하며, 결함을 차단함으로써 기본 게이트를 수행 할 수 있습니다.
초전도 나노 와이어는 또한 종점에서 소위 마조 나 제로 모드로 생성 될 수 있습니다. 와이어를 묶는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 와이어는 본질적으로 1D 객체이므로 움직임을위한 충분한 공간을 제공하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 특정 접합을 작성하여 수행 할 수 있습니다. 그리고 그것이 완료되면, 우리는 그것들이 Ising anyons처럼 행동하는 것을 발견합니다 (또는 적어도 이론은 예측합니다). 이로 인해 현재 이들을 실제로 큐빗으로 사용할 수 있으며 게이트를 수행하기 위해 꼬일 수 있다는 강력한 실험적 증거를 제공해야한다는 큰 압박이 있습니다. 다음 은 언론에서 뜨거운 문제에 관한 논문입니다.
폭 넓은 소개 후에, 나는 당신의 실제 질문에 대답해야합니다. 토폴로지 양자 계산은 높은 수준에서 임의의 관점에서 해석 될 수있는 양자 계산의 모든 구현에 관한 것이다.
여기에는 현재 내결함성 회로 모델 기반 양자 컴퓨터를 구축 할 수있는 가장 주류적인 방법으로 간주되는 표면 코드 사용이 포함됩니다. 따라서이 경우 "토폴로지 양자 컴퓨터는 다른 양자 계산 모델과 어떻게 다릅니 까?" 전혀 다르지 않다는 것입니다. 같은 것입니다!
위상 양자 계산에는 마이크로 소프트가 베팅하는 경로 인 마조 나도 포함됩니다. 본질적으로 이것은 단지 Majoranas 쌍을 qubits로 사용하고 기본 게이트 용 꼬기를 사용합니다. 이 초전도 큐 비트의 차이는 초전도 큐 비트와 갇힌 이온 큐 비트의 차이보다 약간 더 큽니다. 이는 하드웨어 구현의 세부 사항 일뿐입니다. 희망은 Majorana qubits가 덜 시끄럽게 될 것이지만 여전히 볼 수 있습니다.
위상 양자 계산에는 훨씬 더 추상적 인 컴퓨팅 모델도 포함됩니다. 예를 들어, 피보나치 (Fibonacci) 애니 온을 실현하는 방법을 알아 내면 큐빗으로 쉽게 조각 할 수없는 융합 공간이 생깁니다. 프로그램을 다른 사람의 편조로 전환하는 가장 좋은 방법을 찾는 것이 훨씬 어려워집니다 ( 이 문서 를 예로 들어보십시오). 이것은 표준 방법과 가장 다른 종류의 토폴로지 양자 컴퓨터입니다. 그러나 약속 한대로 매우 낮은 노이즈로 실제로 누군가를 실현할 수 있다면 피보나치 Anyon을 사용하여 표준 게이트 기반 접근 방식을 시뮬레이션하는 데 필요한 작은 오버 헤드가 필요합니다.
위상 양자 컴퓨팅에 대한 다른 접근법은 위상 절연체의 접근 및 1/2 정수 양자 홀 효과의 사용 일 수있다. 이러한 절연체는 오류 발생 가능성이 적습니다. 토폴로지 절연체는 절연체이며 동시에 전도체이며 오류가 덜 발생하기 때문에 견고한 양자 컴퓨팅 환경을 제공 할 수 있습니다. 이러한 위상 절연체 장치는 고전적인 시스템과 양자 컴퓨터 ( IEEE Reference ) 사이의 커넥터가 됨으로써 토폴로지 양자 컴퓨터에 사용될 수있다 .