Bus quàntic

Un bus quàntic és un dispositiu que es pot utilitzar per emmagatzemar o transferir informació entre qubits independents en un ordinador quàntic, o combinar dos qubits en una superposició. És l'anàleg quàntic d'un bus clàssic.

Hi ha diversos sistemes físics que es poden utilitzar per realitzar un bus quàntic, inclosos ions atrapats, fotons i qubits superconductors. Els ions atrapats, per exemple, poden utilitzar el moviment quantificat dels ions (fonons) com a bus quàntic, mentre que els fotons poden actuar com a portadors d'informació quàntica utilitzant l'augment de la força d'interacció proporcionada per l'electrodinàmica quàntica de la cavitat. L'electrodinàmica quàntica de circuits, que utilitza qubits superconductors acoblats a una cavitat de microones en un xip, és un altre exemple d'un bus quàntic que s'ha demostrat amb èxit en experiments.^[1]

Història

El concepte va ser demostrat per primera vegada per investigadors de la Universitat Yale i el National Institute of Standards and Technology (NIST) el 2007.^[2]^[3]^[4] Abans d'aquesta demostració experimental, els científics del NIST havien descrit el bus quàntic com un dels possibles blocs bàsics de les arquitectures de computació quàntica.^[5]^[6]

Descripció matemàtica

Es pot construir un bus quàntic per a qubits superconductors amb una cavitat de ressonància. L' hamiltonià per a un sistema amb qubit A, qubit B i la cavitat de ressonància o bus quàntic que connecta els dos és ${\hat {H}}={\hat {H}}_{r}+\sum \limits _{j=A,B}{\hat {H}}_{j}+\sum \limits _{j=A,B}hg_{i}\left({\hat {a}}^{\dagger }{\hat {\sigma }}_{-}^{j}+{\hat {a}}{\hat {\sigma }}_{\text{+}}^{j}\right)$ on ${\hat {H}}_{j}={\frac {1}{2}}\hbar \omega _{j}{\hat {\sigma }}_{+}^{j}{\hat {\sigma }}_{-}^{j}$ és el qubit únic hamiltonià, ${\hat {\sigma }}_{+}^{j}{\hat {\sigma }}_{-}^{j}$ és l'operador de pujada o baixada per crear o destruir excitacions en el $j$ el qubit, i $\hbar \omega _{j}$ està controlat per l'amplitud del biaix del flux de CC i radiofreqüència.^[7]