Circuito cuántico
Se construye a partir de una secuencia de puertas lógicas reversibles, llamadas puertas cuánticas, que actúan sobre estados cuánticos llamados cúbits.
Al contrario que los circuitos clásicos, las puertas cuánticas son operadores unitarios, y por tanto reversibles, por lo que será necesario que el circuito tenga tantos cúbits de entrada como de salida.
Se lee de izquierda a derecha, partiendo de los cúbits iniciales, que van cambiando su estado al atravesar las diferentes puertas.
En muchos casos, al final del circuito se encuentran las mediciones sobre los cúbits, que se ilustran con líneas dobles, y unen los cúbits con un registro clásico que toma valores de 0 y 1.
[5] El modelo de computación por puertas cuánticas fue introducido por David Deutsch en 1989[6] como el análogo de la computación lógica secuencial clásica.
Este formalismo es equivalente a la máquina de Turing cuántica, introducida también por Deutsch en 1985.
[4] Matemáticamente las puertas se modelan como operadores unitarios (reversibles) que toman una entrada de
Por ejemplo, la puerta CNOT actúa sobre dos cúbits de forma que si el primer cúbit es
La matriz unitaria que representa dicha transformación es, en la base
Al final del circuito se incluye una medida sobre cada cúbit, cuyo resultado es enviado a un registro clásico.
Opcionalmente, el circuito puede tener unos cúbits y registros auxiliares o ancilla.
[9] Nótese, sin embargo, que en la práctica no es eficiente implementar todas las puertas de un circuito como sucesión de puertas universales, ya que si necesitamos un número grande de ellas, estaríamos encadenando errores innecesarios.
Esto implica una pérdida de información en el circuito.
Puesto que los circuitos cuánticos son reversibles y no eliminan información, no tienen este límite inferior para la disipación de energía.
Aunque teóricamente la disipación de energía podría eliminarse, no quiere decir que en la práctica los ordenadores cuánticos no disipen energía o que disipen menos que un ordenador clásico.
[1] Su origen está en los trabajos de Wolfgang Paul, quien propuso la trampa de iones, trabajos por los que recibió el Premio Nobel en 1989.
[10][11] Más adelante, en 1995, Juan Ignacio Cirac y Peter Zoller implementaron por primera vez una puerta NOT controlada, en particular para la iones atrapados.
Esto se consigue con campos eléctricos, uno de ellos oscilante, ya que el teorema de Earnshaw nos dice que no se puede mantener un equilibrio mecánico solo con campos estáticos.
Antes de operar con los iones es necesario enfriarlos cerca del cero absoluto para reducir el ruido en las computaciones.
El estado inicial del ordenador se prepara mediante bombeo óptico, que usa un láser para inicializar todos los iones al mismo estado de espín.
[13] Para operar con los cúbits se utiliza la interferencia entre dos pulsos láser, que modifican el estado del cúbit, por ejemplo vía el modelo de Jaynes–Cummings.
Las puertas que actúan sobre varios cúbits entrelazados se suelen implementar con los fonones, cuyo estado vibracional afecta a varios iones.
En cambio, cuando se quieren aplicar puertas sobre un solo cúbit, se suelen implementar sobre estados cuantizados de la estructura hiperfina del ion.
Para medir se iluminan todos los cúbit a la vez con un láser resonante, que colapsa los estados de los iones a uno de dos: el ion se ilumina o no se ilumina.
[15][16][17][18] Se pueden nombrar principalmente tres arquetipos de cúbits superconductores: cúbits carga, flujo y fase; además de varios tipos híbridos (Fluxonium,[19] Transmon,[20][21] Xmon,[22] Quantronium).
se realizan como estados del sistema superconductor, normalmente niveles de energía cuantizados (discretos) o sus superposiciones cuánticas.
En principio, los niveles de un circuito superconductor tienen varios niveles separados por la misma energía, por lo que es necesario introducir una variación anarmónica en el potencial para poder distinguir los dos estados de menor energía (cúbits
A pesar de que computacionalmente se trabaja con los cúbits
Por ejemplo, en la implementación de la puerta CPHASE intervienen los cúbits
[25] Otras propuestas para la realización física de ordenadores cuánticos son:
