В чем разница между физическим и логическим кубитом?
В чем разница между физическим и логическим кубитом?
Я надеюсь, что кто-то может помочь мне с этим вопросом, я не могу понять, в чем именно разница.
Бест, Дирма
1 ответ
Логический кубит - это тот, который вы можете использовать для программирования, который содержит суперпозицию состояний |0> и |1>. Он может быть реализован с помощью симулятора, работающего на обычном двоичном процессоре вашего настольного компьютера или ноутбука, чтобы вы могли разрабатывать и отлаживать квантовые алгоритмы. ( Представление квантового состояния n-кубита занимает 2n-1 комплексного числа. Предположительно, симулятор будет использовать целочисленные значения с фиксированной шириной или представления с плавающей точкой, если ошибка округления в порядке.)
Физический кубит является реальной квантовой реализацией кубита. В Википедии есть таблица различных возможностей: https://en.wikipedia.org/wiki/Qubit. Например, электрон, который может иметь суперпозицию состояний вращения вверх / вниз.
Реальные физические кубиты страдают от нежелательной декогеренции. Это проблема, если вы используете их непосредственно как логические кубиты. Вместо этого вы можете реализовать логический кубит поверх нескольких физических кубитов, чтобы получить избыточность.
Из квантовой коррекции ошибок для начинающих, Девитт, Манро и Немото (2013).
3-QUBIT-КОД: ХОРОШАЯ НАЧАЛЬНАЯ ТОЧКА КОРРЕКЦИИ ОШИБКИ КВАНТА
...
3-кубитный код кодирует один логический кубит в три физических кубита со свойством, которое он может исправить для одной ошибки σx, переворота битов.
Два логических базовых состояния |0>L и |1>L определены как
|0>L = |000>, |1>L = |111>
Эта статья продолжает описывать другие схемы исправления ошибок, которые могут обрабатывать больше ошибок.
Я сам чуть не посмотрел на это больше в этой статье, но это звучит очень похоже на классические отказоустойчивые избыточные вычисления, где вы исправляете аппаратные сбои / сбои космических лучей, имея тройную избыточность и принимая 2 результата, которые согласуются. Вы можете сделать это на уровне битов для исправления ошибок, особенно в среде с высокой ошибкой, такой как космический полет, где космические лучи будут отражать биты.
Вы также можете собрать и запрограммировать 3 отдельных компьютера (различное оборудование от разных производителей, с программным обеспечением, написанным группами, которые не общаются друг с другом). Только сравните их окончательные результаты для тех же самых входов. Это то, что вам нужно для систем управления самолетом по проводам и пилотируемых полетов в космос.
Во всяком случае, мы здесь не в тему, но я надеюсь, что аналогия будет полезна для понимания идеи использования нескольких ненадежных физических вычислений для получения одного (более) надежного логического вычисления.
Это своего рода противоположность того, что мы делаем с современным флэш-накопителем NAND. Вместо того, чтобы использовать только один бит на ячейку (низкое или высокое напряжение), https://en.wikipedia.org/wiki/Multi-level_cell flash использует 4 или 8 уровней напряжения для хранения 2 или 3 бит на ячейку. (Или я предполагаю, что 3 уровня могут хранить более 1 бита на общее количество ячеек в нескольких ячейках, используя схему кодирования.)
Не то, чтобы вы этого хотели (декогеренция - это достаточно проблематично, не пытаясь упаковать больше логических битов для каждой физической вещи), но некоторые квантовые системы могут это сделать. Википедия дает пример нелинейного осциллятора, где один уровень является основным состоянием, а другой уровень является первым возбужденным состоянием. Использование 2-го и 3-го возбужденных состояний может позволить вам хранить в нем 2 кубита. Но, как я уже сказал, это не полезно в реальных системах.
Физические кубиты - это физически реализованные кубиты. Они могут быть в суперпозиции.
Логические кубиты состоят из одного или нескольких физических кубитов, могут находиться в суперпозиции и иметь более длительное время когерентности, чем физические кубиты.