Как реализуются квантовые ворота в реальности?

Квантовые ворота кажутся черными ящиками. Хотя мы знаем, какую операцию они будут выполнять, мы не знаем, возможно ли это осуществить в реальности (или не так ли?). В классических компьютерах мы используем AND, NOT, OR, XOR, NAND, NOR и т. Д., Которые в основном реализуются с использованием полупроводниковых устройств, таких как диоды и транзисторы. Существуют ли аналогичные экспериментальные реализации квантовых ворот? Существуют ли какие-либо «универсальные ворота» в квантовых вычислениях (например, ворота NAND универсальны в классических вычислениях)?

Можно копировать любые квантовые ворота или, по крайней мере, произвольно приблизиться, используя достаточное количество вентилей CNOT, H, X, Z и . Это связано с тем, что они образуют универсальный набор квантовых элементов (см. М. Нильсен и И. Чуанг, «Квантовые вычисления и квантовая информация», издательство Cambridge University Press, 2016, стр. 189 ). Будьте осторожны здесь. Ясно, что мы не можем реализовать любой произвольный квантовый вентиль с бесконечной точностью. Вместо этого, учитывая , мы реализуем , который -close to (см .: Квантовая механика и квантовые вычисления MOOC, предлагаемые UC Berkely для EdX$\pi/8$$U$$\epsilon>0$$U_{\epsilon}$$\epsilon$$U$). Это несовершенство квантовых вентилей является одной из основных причин, по которым нам нужны коды для исправления ошибок .

Были попытки реализовать эти основные ворота. Я добавляю некоторые недавние исследования, связанные с этими попытками:

• CNOT: Построение гейта с контролируемым НЕ на основе гейта с активированной микроволновой фазой (MAP) в двух трансмональных системах и мезоскопического гейта основе атомов Ридберга с использованием STIRAP$\text{CNOT}^{\text{N}}$

• Адамар (H): подход к реализации квантовых ворот Адамара с помощью оптической реализации

• Фазовый переворот (Z): одностадийная реализация многокбитного затвора с управляемым переворотом фазы и реализация квантово-управляемого затвора с фазовым переворотом через квантовую точку в кремниевом волноводном фотонном кристалле с медленным освещением

• Битовый переворот (X): реализованный в IBM Quantum Experience затвор с хиральным вращением

• $\pi/8$Вращение : Qudit-версия шлюза "pi-over-восемь"

Как упоминается в Википедии, другой набор универсальных квантовых вентилей состоит из ворот Изинга и ворот фазового сдвига. Это набор вентилей, изначально доступных в некоторых квантовых компьютерах с запертыми ионами ( демонстрация небольшого программируемого квантового компьютера с атомными кубитами ).