¿Cómo se puede gestionar la decoherencia cuántica?

8

Me topé con este artículo en Wikipedia, que dice:

La decoherencia puede verse como la pérdida de información de un sistema en el medio ambiente (a menudo modelado como un baño de calor), ya que cada sistema está acoplado libremente con el estado energético de su entorno.

<...>

La decoherencia representa un desafío para la realización práctica de las computadoras cuánticas, ya que se espera que dichas máquinas dependan en gran medida de la evolución ininterrumpida de las coherencias cuánticas. En pocas palabras, requieren que se conserven los estados coherentes y que se gestione la decoherencia , a fin de realizar un cálculo cuántico.

(énfasis mío)

Entonces, me pregunto cómo se loss of informationpuede manejar esto. ¿Esto significa que debe evitarse por completo, o es necesario que la computación cuántica permita realmente alguna pérdida de información para poder computar?

u32i64
fuente

Respuestas:

5

El modelo de circuito cuántico describe una computadora cuántica como un sistema cuántico cerrado y supone que hay un sistema que ejecuta el circuito pero está completamente aislado del resto del universo. En el mundo real, sin embargo, no existen mecanismos conocidos para aislar verdaderamente un sistema cuántico de su entorno. Los sistemas cuánticos reales son sistemas cuánticos abiertos. Los sistemas cuánticos abiertos se acoplan a su entorno y destruyen la información cuántica en el sistema a través de la decoherencia . Al examinar la evolución simple de un sistema cuántico único, este acoplamiento sistema-ambiente parece causar errores en la evolución del sistema cuántico (que en este caso no sería unitario ).

Una moneda tiene dos estados, y produce un buen bit pero un qubit pobre porque no puede permanecer en superposición de headytailpor mucho tiempo ya que es un objeto clásico. Un solo espín nuclear puede ser un muy buen qubit, porque la superposición de estar alineado con o contra un campo magnético externo puede durar mucho tiempo, incluso días. Pero puede ser difícil construir una computadora cuántica a partir de espines nucleares porque su acoplamiento es tan pequeño que es difícil medir la orientación de un solo núcleo. La observación de que las restricciones son opuestas en general: una computadora cuántica tiene que estar bien aislada para retener sus propiedades cuánticas, pero al mismo tiempo sus qubits deben ser accesibles para que puedan ser manipulados para realizar cálculos y leer el resultados. Una implementación realista debe lograr un equilibrio entre estas restricciones.

El primer paso para resolver el problema de la decoherencia se dio en 1995 cuando Shor y Steane descubrieron independientemente un análogo cuántico de códigos de corrección de errores clásicos. Shor descubrió que al codificar información cuántica, esta información podría volverse más resistente a la interacción con su entorno. Tras este descubrimiento, se desarrolló una teoría rigurosa de la corrección de errores cuánticos. Se descubrieron muchos códigos diferentes de corrección de errores cuánticos y esto condujo además a una teoría del cálculo cuántico tolerante a fallas. El cómputo cuántico completamente tolerante a fallas describe métodos para tratar con el acoplamiento sistema-ambiente, así como también con el control defectuoso de la computadora cuántica.

De particular importancia fue el descubrimiento del teorema del umbral para la computación cuántica tolerante a fallas. El teorema del umbral establece que si las interacciones de decoherencia son de cierta forma y son más débiles que las interacciones de control en una determinada proporción, se puede lograr el cálculo cuántico con cualquier precisión deseada. El teorema del umbral para la tolerancia a fallas declara así una solución final a la pregunta de si existen límites teóricos para la construcción de computadoras cuánticas robustas.

Referencia: Decoherencia, control y simetría en computadoras cuánticas - D. Bacon

Sanchayan Dutta
fuente
0

Sí, actualmente la pérdida de información se gestiona mediante protocolos de corrección de errores cuánticos .

Idealmente, se debe evitar la decoherencia cuántica y la eventual pérdida de información . Sin embargo, en escenarios del mundo real, es difícil aislar por completo los sistemas cuánticos de su entorno.

RussellB
fuente