Quá trình chuyển qubit giữa các vị trí

Tôi hiểu rằng ngay bây giờ các qubit là các thực thể vật lý trong Máy tính lượng tử và tôi đang chơi xung quanh trên Máy tính lượng tử của IBM cũng như ngôn ngữ Q # và lần đầu tiên nhúng ngón chân vào thế giới Lượng tử.

Tôi đã đọc rất nhiều tình huống theo phong cách Alice và Bob, nơi nó thường đề cập đến việc vận chuyển một qubit từ Alice sang Bob. Tôi đang suy luận rằng khi vận chuyển vật lý nó nhưng tôi đã không tìm thấy một cuộc thảo luận về những gì nó trông giống như từ một ý nghĩa điện toán. Như về mặt lý thuyết có thể đạt được để "đóng gói" một qubit, hoặc thậm chí đại diện cho một qubit (trạng thái hoặc giá trị) để vận chuyển qua kênh Cổ điển hoặc Lượng tử? Tôi giả sử cách duy nhất có thể là thông qua sự vướng víu và dịch chuyển tức thời. Có thể cho các qubit thông thường, không vướng víu, được thể hiện dưới một số định dạng và được chuyển một cách hợp lý giữa hai điểm, theo đó điểm nhận có thể giải mã và giải thích thông tin chứa trong đó. Điểm nhận đó có thể là một dịch vụ máy tính trong kiến ​​trúc máy tính Cổ điển hoặc một máy Lượng tử khác.

Tôi hỏi điều này theo nghĩa của Điện toán cổ điển, nơi chúng ta có thể mã hóa các bit lên chip nhưng đại diện một cách hợp lý một bit (hoặc chuỗi bit) theo nhiều định dạng và chuyển chúng để thao tác. Là một kỹ sư phần mềm, nơi mà quá trình suy nghĩ của tôi bắt nguồn. Đây có thể không phải là một điều thực tế muốn làm trong Lượng tử nhưng về lý thuyết, nó có phải là thứ có thể đạt được? Bất kỳ hướng dẫn sẽ được hoan nghênh.

EDIT: Cảm ơn bạn vì những câu trả lời thực sự toàn diện, nó đã lấp đầy rất nhiều khoảng trống và tôi đã không nhận ra mối liên kết mạnh mẽ giữa photon & sợi mang lại một cầu nối tiềm năng trong lý thuyết. Tôi đang làm việc theo cách của mình thông qua các ứng dụng thế giới xin chào cơ bản và đang cố gắng kết nối kiến ​​thức phần mềm của tôi về Cổ điển vào thế giới này ở cấp độ chuyển giao và đại diện cơ bản. Tôi đang cố gắng xây dựng một số ứng dụng nhỏ kết nối cả hai thế giới và khối tinh thần của tôi ngay bây giờ đang đại diện cho các đặc điểm của một qubit trong các ký hiệu lập trình truyền thống. Bạn có suy nghĩ gì về những gì cần được mô hình hóa để tạo ra một biểu diễn logic của một qubit không? Những gì tôi đang nhận được là một cái gì đó tương tự như một đặc tả sẽ cho phép một lập trình viên đại diện cho một loại (như String, ví dụhttps://en.wikipedia.org/wiki/String_(computer_science) ). Trong các ngôn ngữ lập trình lượng tử, qubit là kiểu riêng của nó, việc tìm hiểu một mức độ có thể được nắm bắt theo một cách rất cơ bản để có thể chúng được biểu diễn trong một thứ giống như một mảng vectơ để nắm bắt các đặc điểm chính, ví dụ như khó khăn chồng chất!), quay v.v.

Bạn hoàn toàn đúng trong giả định của mình về việc vận chuyển các qubit từ Alice đến Bob ngụ ý điều gì đó về thể chất. Thông thường các vấn đề / tình huống có thiết lập truyền này giữa hai bên được gọi là truyền thông lượng tử . Những vấn đề / tình huống này đôi khi làm phân tán bằng cách gọi các qubit của chúng là "qubit bay" gần như luôn luôn là photon. Các photon đơn lẻ cũng là các hệ lượng tử có thể được điều chế ở trạng thái qubit hữu ích, chúng có thể được vận hành bằng các cổng (nhưng không phải tất cả các loại cổng và không dễ dàng như một số cách thực hiện khác của qubit), và có thể được đo như bất kỳ loại nào khác hệ thống qubit. Alice và Bob thực sự sẽ chia sẻ những bức ảnh này bằng một sợi quang mà chúng được kết nối bằng hoặc thông qua không gian trống (có thể theo nghĩa đen với một vệ tinh trong không gian).

Photon rất tốt cho ứng dụng này vì chúng tôi đã sử dụng chúng cho một phần lớn các mạng truyền thông cổ điển của chúng tôi. Mạng "sợi quang" hoặc mạng quang tử gửi thông tin cổ điển bằng sợi quang với các xung laser mạnh. Vì vậy, nếu bạn muốn có cả kênh cổ điển và kênh truyền thông lượng tử, bạn có thể thực hiện cả hai với cùng một sợi (khó vì một số lý do kỹ thuật nhưng hoàn toàn có thể).

Ngoài ra còn có các hệ thống vật lý khác mà bạn tạo ra các qubit từ điện toán lượng tử (siêu dẫn, bẫy ion, v.v.). Bạn đúng ở chỗ để kết nối các nhóm khác nhau của các qubit này, người ta sẽ không nhặt chip lên và di chuyển nó, mà thay vào đó họ thường tạo ra (n) photon bị vướng vào hệ thống ban đầu hoặc có một số thông tin họ muốn chia sẻ với hệ thống thứ hai và sau đó gửi photon qua.

Thật đáng để nói ngay từ đầu rằng kịch bản của Alice Alice và Bob rất khác với kịch bản tính toán lượng tử. Kịch bản Alice và Bob rất nhiều có hai vị trí cách xa nhau mà không thể trực tiếp thực hiện các cổng lượng tử. Trong khi đó, trong các kiến ​​trúc điện toán lượng tử mà bạn đang nói đến, cổng hai qubit có sẵn. Ngay cả khi bạn không thể tương tác trực tiếp với một cặp qubit, một loạt các cổng hoán đổi vẫn đủ để di chuyển các qubit bên cạnh nhau và quay lại.

Bạn cũng muốn cẩn thận với diễn giải kỹ sư phần mềm cổ điển của mình, bởi vì theo cách cổ điển, việc di chuyển mọi thứ và tạo ra nhiều bản sao rất dễ dàng. Trong lượng tử, bạn không thể tạo bản sao dữ liệu của mình.

Vì vậy, làm thế nào để bạn di chuyển một qubit? Sự vướng víu và dịch chuyển tức thời không thực sự là một câu trả lời. Chúng có thể giúp cung cấp cho bạn các giao thức nâng cao sửa lỗi, nhưng câu hỏi cơ bản vẫn là cách bạn chia sẻ trạng thái vướng mắc để đạt được dịch chuyển tức thời.

Có lẽ cách tốt nhất là chuyển thông tin lượng tử từ một chất mang vật lý, chẳng hạn như các qubit trong máy tính lượng tử, sang một loại khác. Chúng ta thường nghĩ về các photon trong bối cảnh này - chúng thực sự rất giỏi khi di chuyển quãng đường dài mà không tương tác quá nhiều. Theo cùng một cách mà dữ liệu cổ điển có thể truyền qua một sợi quang, sẽ không quá hoang dã khi tưởng tượng việc gửi các photon theo cách chồng chất qua một sợi quang. Bạn 'chỉ' phải chuyển đổi photon ở hai đầu thành loại qubit lưu trữ / thao tác khác nhau. Công nghệ chắc chắn tồn tại để làm điều này, nhưng tôi không biết nó đáng tin cậy như thế nào.