Bus quàntic

dispositiu que es pot utilitzar per emmagatzemar o transferir informació entre qubits independents en un ordinador quàntic

Un bus quàntic és un dispositiu que es pot utilitzar per emmagatzemar o transferir informació entre qubits independents en un ordinador quàntic, o combinar dos qubits en una superposició. És l'anàleg quàntic d'un bus clàssic.

Micrografia d'un dispositiu de bus quàntic similar al mesurat per a aquest experiment. Tingueu en compte que el tigre de Princeton fa 1 mm del cap a la cua. Els qubits de l'òrbita de rotació es troben al nexe dels set elèctrodes de la porta.
Un dispositiu que consta de quatre qubits transmons, quatre busos quàntics i quatre ressonadors de lectura fabricats a IBM i que apareixen al document "Building logical qubits in a superconducting quantum computing system" de Jay M. Gambetta, Jerry M. Chow i Matthias Steffen. (npj Quantum Information (2017).

Hi ha diversos sistemes físics que es poden utilitzar per realitzar un bus quàntic, inclosos ions atrapats, fotons i qubits superconductors. Els ions atrapats, per exemple, poden utilitzar el moviment quantificat dels ions (fonons) com a bus quàntic, mentre que els fotons poden actuar com a portadors d'informació quàntica utilitzant l'augment de la força d'interacció proporcionada per l'electrodinàmica quàntica de la cavitat. L'electrodinàmica quàntica de circuits, que utilitza qubits superconductors acoblats a una cavitat de microones en un xip, és un altre exemple d'un bus quàntic que s'ha demostrat amb èxit en experiments.[1]

Història

modifica

El concepte va ser demostrat per primera vegada per investigadors de la Universitat Yale i el National Institute of Standards and Technology (NIST) el 2007.[2][3][4] Abans d'aquesta demostració experimental, els científics del NIST havien descrit el bus quàntic com un dels possibles blocs bàsics de les arquitectures de computació quàntica.[5][6]

Descripció matemàtica

modifica

Es pot construir un bus quàntic per a qubits superconductors amb una cavitat de ressonància. L' hamiltonià per a un sistema amb qubit A, qubit B i la cavitat de ressonància o bus quàntic que connecta els dos és   on   és el qubit únic hamiltonià,   és l'operador de pujada o baixada per crear o destruir excitacions en el   el qubit, i   està controlat per l'amplitud del biaix del flux de CC i radiofreqüència.[7]

Referències

modifica
  1. J. Majer; J. M. Chow; J. M. Gambetta; Jens Koch; B. R. Johnson «"Coupling superconducting qubits via a cavity bus"». Nature, 449, 7161, 27-09-2007, pàg. 443–447. arXiv: 0709.2135. Bibcode: 2007Natur.449..443M. DOI: 10.1038/nature06184. PMID: 17898763.
  2. J. Majer; J. M. Chow; J. M. Gambetta; Jens Koch; B. R. Johnson «"Coherent quantum state storage and transfer between two phase qubits via a resonant cavity"». Nature, 449, 7161, 27-09-2007, pàg. 443–447. arXiv: 0709.2135. Bibcode: 2007Natur.449..443M. DOI: 10.1038/nature06184. PMID: 17898763.
  3. M. A. Sillanpää; J. I. Park; R. W. Simmonds «"All Aboard the Quantum 'Bus'"». Nature, 449, 7161, 27-09-2007, pàg. 438–42. arXiv: 0709.2341. Bibcode: 2007Natur.449..438S. DOI: 10.1038/nature06124. PMID: 17898762.
  4. «All Aboard the Quantum 'Bus'» (en anglès). https://www.photonics.com,+27-09-2007.+[Consulta: 12 desembre 2008].
  5. G.K. Brennen; D. Song; C.J. Williams «"Quantum-computer architecture using nonlocal interactions"». Physical Review A, 67, 5, 2003, pàg. 050302. arXiv: quant-ph/0301012. Bibcode: 2003PhRvA..67e0302B. DOI: 10.1103/PhysRevA.67.050302.
  6. Brooks, Michael. Quantum Computing and Communications (en anglès). Springer Science & Business Media, 2012-12-06. ISBN 978-1-4471-0839-9. 
  7. Sillanpää, Mika A.; Park, Jae I.; Simmonds, Raymond W. «"Coherent quantum state storage and transfer between two phase qubits via a resonant cavity".». Nature, 449, 7161, 2007, pàg. 438–442. arXiv: 0709.2341. Bibcode: 2007Natur.449..438S. DOI: 10.1038/nature06124. PMID: 17898762.