Tôi đọc rằng một qubit có thể được mã hóa ở trạng thái Fock , chẳng hạn như sự hiện diện hay vắng mặt của một photon. Làm thế nào để bạn thực hiện xoay vòng qubit đơn trên trạng thái Fock?
Câu trả lời:
Sự chồng chất trong không gian Fock - và các phép quay trong không gian Fock - hoàn toàn có mặt ở khắp nơi.
Điều quan trọng cần lưu ý là tất cả các trạng thái cổ điển của trường điện từ là sự chồng chất của nhiều trạng thái riêng số lượng photon khác nhau.
Toàn bộ kỷ luật của lý thuyết trường lượng tử (xấp xỉ) liên quan đến việc quay trong các không gian Fock có động lực vật lý nhất định được cho phép, và với biên độ chúng thực sự xảy ra.
Các mô hình thử nghiệm về mạch và khoang QED - trong đó xác nhận một cách tinh vi những dự đoán của lý thuyết 70 năm tuổi này - xử lý rõ ràng các hoạt động trên các trạng thái số photon (đặc biệt là "sự hiện diện hay vắng mặt của một photon" như DaftWullie đưa ra nó), và là nền tảng của vật lý nguyên tử, phân tử và quang học. Mạch QED là lý thuyết thiết yếu làm cơ sở cho các qubit thông lượng siêu dẫn, thiết bị đã được hiển thị để hiển thị các hiệu ứng lượng tử kết hợp vượt ra ngoài mọi nghi ngờ hợp lý hoặc không hợp lý. Serge Haroche đã được trao giải thưởng Nobel vật lý năm 2012 cho công trình nghiên cứu về QED khoang, trong đó ông tiếp tục vui vẻ tạo ra, kiểm soát và đo lường sự chồng chất của một số lượng nhỏ photon vi sóng. Rất nhiều nhà thực nghiệm làm điều này mỗi ngày.
Từ lâu, người ta đã đề xuất rằng một chế độ điều hòa duy nhất được sử dụng để biểu diễn một hoặc nhiều qubit trong một máy tính lượng tử thực tế, trong đó các trạng thái logic được mã hóa dưới dạng chồng chập các trạng thái của số nghề nghiệp khác nhau. Để biết một vài ý tưởng về cách thực hiện điều này cũng như một vài lý do tại sao nó có thể không phải là ý tưởng tốt nhất, xem Nielsen và Chuang, phần 7.2.
Không thiếu tài liệu về các cách để thực hiện các loại hoạt động này. Trong thực tế, một phần không cần thiết của vật lý hiện đại có liên quan với chính xác điều đó. Tôi không thể tưởng tượng bạn sẽ có ý tưởng ngược lại ở đâu và như thế nào.
Câu trả lời ngắn gọn là bạn không thể. Có một cái gì đó gọi là "quy tắc thay thế số hạt" quy định rằng bạn không thể tạo ra sự chồng chất của các số lượng hạt khác nhau. Vì vậy, nếu bạn chuẩn bị trạng thái Fock, bạn có thể thực hiện các cổng pha và lật bit, nhưng bạn không thể thực hiện các phép quay tùy ý tạo ra sự chồng chất của số hạt khác nhau.
Câu trả lời dài hơn là đôi khi bạn có thể tạo ra các chồng chất, nếu bạn có sẵn khung tham chiếu phù hợp. Có một cuộc thảo luận tốt về những thứ này ở đây . Đây là lý do tại sao các trạng thái như các trạng thái kết hợp , là sự chồng chất của các số lượng photon khác nhau, có thể được tạo ra (và chúng được sử dụng để tính toán lượng tử, nhưng đó là một câu hỏi hoàn toàn khác). Nhưng tôi tin rằng điều này không thể hoạt động với số lượng photon nhỏ (ví dụ: sự hiện diện hay vắng mặt của một photon đơn lẻ). Điều duy nhất bạn có thể làm trong bối cảnh đó là tạo ra sự chồng chất của một photon đơn lẻ ở một trong hai nơi.