Bus cuántico

Un bus cuántico es un dispositivo que se puede utilizar para almacenar o transferir información entre qubits independientes en un ordenador cuántico , o combinar dos qubits en una superposición . Es el análogo cuántico de un bus clásico .

Existen varios sistemas físicos que pueden utilizarse para crear un bus cuántico, entre ellos los iones atrapados , los fotones y los cúbits superconductores . Los iones atrapados, por ejemplo, pueden utilizar el movimiento cuantizado de los iones (fonones) como un bus cuántico, mientras que los fotones pueden actuar como portadores de información cuántica utilizando la mayor fuerza de interacción proporcionada por la electrodinámica cuántica de cavidades. La electrodinámica cuántica de circuitos , que utiliza cúbits superconductores acoplados a una cavidad de microondas en un chip, es otro ejemplo de un bus cuántico que se ha demostrado con éxito en experimentos. ^[1]

Historia

El concepto fue demostrado por primera vez por investigadores de la Universidad de Yale y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en 2007. ^{[1] [2] [3] Antes de esta demostración experimental, los científicos del} NIST habían descrito el bus cuántico como uno de los posibles bloques de construcción fundamentales en las arquitecturas de computación cuántica . ^{[4] [5]}

Descripción matemática

Se puede construir un bus cuántico para qubits superconductores con una cavidad de resonancia . El hamiltoniano para un sistema con qubit A, qubit B y la cavidad de resonancia o bus cuántico que conecta los dos es donde es el hamiltoniano de qubit único, es el operador de elevación o disminución para crear o destruir excitaciones en el qubit número uno, y está controlado por la amplitud del sesgo de flujo de radiofrecuencia y CC . ^[6] ${\displaystyle {\hat {H}}={\hat {H}}_{r}+\sum \limits _{j=A,B}{\hat {H}}_{j}+\sum \limits _{j=A,B}hg_{i}\left({\hat {a}}^{\dagger }{\hat {\sigma }}_{-}^{j}+{\hat {a}}{\hat {\sigma }}_{\text{+}}^{j}\right)}$ ${\displaystyle {\hat {H}}_{j}={\frac {1}{2}}\hbar \omega _{j}{\hat {\sigma }}_{+}^{j}{\hat {\sigma }}_{-}^{j}}$ ${\displaystyle {\hat {\sigma }}_{+}^{j}{\hat {\sigma }}_{-}^{j}}$ ${\displaystyle j}$ ${\displaystyle \hbar \omega _{j}}$

Referencias

1. J. Majer; JM Chow ; JM Gambetta; Jens Koch; BR Johnson; JA Schreier; L. Frunzio; DI Schuster; AA Houck; A. Wallraff ; A. Blais; MH Devoret ; SM Girvin ; RJ Schoelkopf (27 de septiembre de 2007). "Acoplamiento de cúbits superconductores a través de un bus de cavidad". Nature . 449 (7161): 443–447. arXiv : 0709.2135 . Código Bibliográfico :2007Natur.449..443M. doi :10.1038/nature06184. PMID  17898763. S2CID  8467224.
2. MA Sillanpää; JI Park; RW Simmonds (27 de septiembre de 2007). "Almacenamiento y transferencia de estado cuántico coherente entre dos cúbits de fase a través de una cavidad resonante". Nature . 449 (7161): 438–42. arXiv : 0709.2341 . Bibcode :2007Natur.449..438S. doi :10.1038/nature06124. PMID  17898762. S2CID  4357331.
3. "Todos a bordo del 'autobús' cuántico". 2007-09-27 . Consultado el 2008-12-12 .
4. GK Brennen; D. Song; CJ Williams (2003). "Arquitectura de computadoras cuánticas usando interacciones no locales". Physical Review A . 67 (5): 050302. arXiv : quant-ph/0301012 . Código Bibliográfico :2003PhRvA..67e0302B. doi :10.1103/PhysRevA.67.050302. S2CID  118895065.
5. Brooks, Michael (6 de diciembre de 2012). Computación cuántica y comunicaciones. Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4471-0839-9.
6. Sillanpää, Mika A.; Park, Jae I.; Simmonds, Raymond W. (2007). "Almacenamiento y transferencia coherente de estados cuánticos entre dos cúbits de fase a través de una cavidad resonante". Nature . 449 (7161): 438–442. arXiv : 0709.2341 . Bibcode :2007Natur.449..438S. doi :10.1038/nature06124. PMID  17898762. S2CID  4357331.