Существуют ли образовательные игрушки или устройства для квантовых вычислений?

Вопрос, вдохновленный этой статьей IEEE Spectrum о блоках, содержащих различные поляризационные фильтры для использования в классных комнатах, и мой предыдущий вопрос о представлении эксперимента с тремя поляризационными фильтрами в терминах квантовых вычислений. Здесь я хочу пойти другим путем.

Существуют ли какие-либо легко приобретаемые учебные игрушки для квантовых вычислений, например, те, которые учитель физики может использовать в классе? Я представляю здесь набор поляризационных фильтров или светоделителей, с помощью которых вы можете (в сочетании с лазером) создавать очень простые квантовые схемы.

Я особенно заинтересован в том, чтобы сделать ворота CNOT.

Вот пара вкладов, связанных с вашим вопросом:

1. Совсем недавно Крис Ферри создал карточную игру с открытым исходным кодом, основанную на игрушечной версии квантовой механики, под названием$<B|racket|S>$,

2- Компания Phase Space Computing выпускает электронные наборы, которые имитируют квантовые элементы и простые квантовые алгоритмы.

Вы можете получить вид оптической скамьи, которая обычно используется для классных комнат.

Для пары примеров:

3Б Научный

Школьная Специальность

Я думаю, что тот, с которым я учил ранее, был от 3B, но я не знаю ни о каком другом, поэтому исследуйте их сами, а не принимайте рекомендации от меня. Есть несколько вариантов, и этот выбор будет зависеть от ваших требований к качеству / стоимости.

Это будет для экспериментов с линзами и дифракцией, а не с поляризацией, поэтому вам придется приобретать поляризаторы отдельно. Пример:

Эдмунд Оптика

Но вы видите, как все части кладутся на крепления вдоль дорожки, чтобы вы могли легко перемещать их. Именно такую ​​настройку нужно искать, чтобы упростить выравнивание всего вдоль линии луча.

При обучении эксперименту с тремя поляризаторами у нас также был бы детектор для измерения интенсивности, но вам это не нужно, если это больше похоже на игрушку, чем на обучение подгонки данных к чему-то вроде $A \sin^2 (B \theta + C)$ с анализом ошибок.

Квантовые компьютеры, к сожалению, довольно сложно построить. Эксперименты с поляризационными фильтрами или светоделителями могли бы продемонстрировать квантовые эффекты, но я не знаю способа сделать простые квантовые схемы для нескольких кубитов, если у вас нет однофотонных источников и детекторов.

В качестве альтернативы вы можете использовать современные облачные устройства. IBM Q Опыт имеет простой графический интерфейс , который был бы пригоден для студентов (после некоторого введения), а затем будет работать схему на реальном оборудовании. Если вы, студенты, сможете создавать схемы программно, они могут использовать больше квантового оборудования IBM, а также оборудования Rigetti , и другие компании также находятся в процессе разработки.

Для эксперимента с одним кубитом вы можете просто использовать поляризационные фильтры. $|0\rangle$ а также $|1\rangle$ состояния кубита могут быть связаны с горизонтальной и вертикальной поляризацией, а $|+\rangle$ а также $|-\rangle$ состояния могут быть связаны с углами $45^{\circ}$ а также $135^{\circ}$, Затем, просто подняв фильтр, вы можете превратить солнечный свет в поток отдельных кубитов в данном состоянии.

Со вторым фильтром вы можете аналогичным образом измерить в $|0\rangle / |1\rangle$ основание (удерживая его горизонтально или вертикально, и видеть, выходит ли какой-либо свет) или $|+\rangle / |-\rangle$основание (удерживая его по диагонали). С несколькими фильтрами вы можете связать эти измерения и показать, как базы измерений дополняют друг друга. Вы могли бы даже переделать игру, которую я сделал для запуска на квантовых компьютерах: линкоры с дополнительными измерениями .

Это будет один пример кубита, несмотря на то, что у вас много кубитов, потому что они всегда находятся в одном и том же состоянии и никогда не взаимодействуют. Таким образом, у вас просто есть много образцов одного процесса кубита, который, как оказалось, сразу бросается вам в глаза.

Раскрытие информации: я работаю на IBM, и Ригетти однажды подарила мне футболку