Лептони як елементарні кубіти: доцільність та проблеми
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe71.2.146Ключові слова:
квантовi обчислення, кубiти, лептони, декогеренцiя, квантова корекцiя помилокАнотація
Квантовi обчислення традицiйно кодують iнформацiю в спроектованих квантових системах, таких як надпровiднi схеми, захопленi iони або квантовi точки. У цьому теоретичному дослiдженнi ми аналiзуємо змiну парадигми, пропонуючи безпосереднє використання елементарних частинок, зокрема заряджених лептонiв (електронiв, мюонiв та тау-частинок), як природних кубiтiв. Ми аналiзуємо внутрiшнi квантовi властивостi лептонiв, зокрема ступiнь вiльностi їхнього спiну 1/2, – для кодування кубiтiв, обговорюючи потенцiал для тривалого часу когерентностi та мiнiмальної складностi виготовлення. Детально розглянуто проблеми декогеренцiї середовища, вимiрювання станiв та масштабованостi з акцентом на унiкальнiй перешкодi розпаду мюонiв i тау-частинок. Ми пропонуємо потенцiйнi стратегiї пом’якшення труднощiв включно з передовими методами утримування частинок та квантову корекцiю помилок, а також окреслюємо напрямки майбутнiх дослiджень. Хоча суттєвi експериментальнi перешкоди залишаються, кубiти на основi лептонiв – перспективний фундаментальний пiдхiд до обробки квантової iнформацiї, який вимагає подальшого дослiдження.
Посилання
1. J. Clarke, F.K. Wilhelm. Superconducting quantum bits. Nature 453, 1031 (2008).
https://doi.org/10.1038/nature07128
2. C. Monroe, J. Kim. Scaling the ion trap quantum processor. Science 339, 1164 (2013).
https://doi.org/10.1126/science.1231298
3. M. Veldhorst et al. A two-qubit logic gate in silicon. Nature 526, 410 (2015).
https://doi.org/10.1038/nature15263
4. D. Loss, D.P. DiVincenzo. Quantum computation with quantum dots. Phys. Rev. A 57, 120 (1998).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.57.120
5. P.J. Kervalishvili. Quantum Information Science: Some Novel Views. In: Information and Computer Technologies (Nova Science Publishers, 2012).
6. P.J. Kervalishvili. Leptons based quantum computing. Acta Scient. Comp. Sci. 5 (7), 12 (2023).
7. S. Haroche, J.-M. Raimond. Exploring the Quantum: Atoms, Cavities, and Photons (Oxford University Press, 2006).
https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780198509141.001.0001
8. M. Blasone et al. Particle mixing and entanglement. AIP Conference Proceedings 1160 (1), 103 (2009).
9. M.A. Nielsen, I.L. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge University Press, 2010).
10. N. Gisin, R. Thew. Quantum communication. Nat. Photonics 1, 165 (2000).
https://doi.org/10.1038/nphoton.2007.22
11. J.J.L. Morton et al. Solid-state quantum memory using the 31P nuclear spin. Nature 455, 1085 (2008).
https://doi.org/10.1038/nature07295
12. D.J. Wineland et al. Experimental issues in coherent quantum-state manipulation of trapped atomic ions. J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103, 259 (1998).
https://doi.org/10.6028/jres.103.019
13. W.H. Zurek. Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical. Rev. Mod. Phys. 75, 715 (2003).
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.75.715
14. R. Hanson, V.V. Dobrovitski, A.E. Feiguin, O. Gywat, D.D. Awschalom. Coherent dynamics of a single spin interacting with an adjustable spin bath. Science 320, 352 (2008).
https://doi.org/10.1126/science.1155400
15. L.S. Brown, G. Gabrielse. Geonium theory: Physics of a single electron or ion in a Penning trap. Rev. Mod. Phys. 58, 233 (1986).
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.58.233
16. D.J. Wineland et al. Experimental issues in coherent quantum-statemanipulation of trapped atomic ions. J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103, 259 (1998).
https://doi.org/10.6028/jres.103.019
17. R. Blatt, D. Wineland. Entangled states of trapped atomic ions. Nature 453 (7198), 1008 (2008).
https://doi.org/10.1038/nature07125
18. J.P. Bonilla Ataides et al. The XZZX surface code. Nat. Commun. 12, 2172 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22274-1
19. N.P. Breuckmann, J.N. Eberhardt. Quantum low-density parity-check codes. PRX Quantum 2, 040101 (2021).
https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040101
20. S.M. Girvin. Circuit QED: Superconducting Qubits Coupled to Microwave Photons, in Quantum Machines: Measurement and Control of Engineered Quantum Systems (Les Houches, 2011).
21. Z. Leghtas et al. Hardware-efficient autonomous quantum memory protection. Phys. Rev. Lett. 111, 120501 (2013).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.120501
22. P.J. Kervalishvili. Quantum information technology and quantum sensory systems development. J. Internet Technol. Secured Trans. 4, 430 (2015).
https://doi.org/10.20533/jitst.2046.3723.2015.0055
23. R. Acciarri et al., (DUNE Collaboration). Long-Baseline Neutrino Facility (LBNF) and Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE, 2016). arXiv: 1601.05471.
24. T.P. Gorringe, D.W. Hertzog. Precision muon physics. Prog. Part. Nucl. Phys. 84, 73 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.ppnp.2015.06.001
25. B.M. Terhal. Quantum error correction for quantum memories. Rev. Mod. Phys. 87, 307 (2015).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
