¿Cómo se rota un qubit de estado Fock?

Leí que un qubit se puede codificar en un estado Fock , como la presencia o ausencia de un fotón. ¿Cómo se realizan rotaciones de un solo qubit en los estados Fock?

Las superposiciones en el espacio Fock, y las rotaciones en el espacio Fock, son absolutamente ubicuas.

• Es importante tener en cuenta que todos los estados clásicos del campo electromagnético son superposiciones de muchos estados propios de fotones diferentes.

• Toda la disciplina de la teoría del campo cuántico (aproximadamente) se refiere a las rotaciones dentro de ciertos espacios de Fock físicamente motivados y con qué amplitudes se producen realmente.

• Los paradigmas experimentales del circuito y la cavidad QED, que validan exquisitamente las predicciones de esa teoría de ahora 70 años, se ocupa explícitamente de las operaciones en los estados de número de fotones (en particular "la presencia o ausencia de un solo fotón", como dijo DaftWullie it), y son piedras angulares de la física atómica, molecular y óptica. El circuito QED es la teoría esencial que sustenta los qubits de flujo superconductores, cuyos dispositivos han demostrado mostrar efectos cuánticos coherentes más allá de cualquier duda razonable o irrazonable. Serge Haroche fue galardonado con el Premio Nobel de física 2012 por su trabajo en QED de cavidad, en el que continuó felizmente creando, controlando y midiendo superposiciones de pequeñas cantidades de fotones de microondas. Muchos experimentadores hacen esto todos los días.

• Se ha sugerido durante mucho tiempo que se use un solo modo armónico para representar uno o más qubits en una computadora cuántica práctica, en la que los estados lógicos se codifican como superposiciones de estados de diferente número de ocupación. Para algunas ideas sobre cómo hacer esto y algunas razones por las cuales podría no ser la mejor idea, vea Nielsen y Chuang, sección 7.2.

No hay escasez de literatura sobre formas de realizar este tipo de operaciones. De hecho, una fracción no trivial de la física moderna se ocupa exactamente de eso. No puedo imaginar dónde o cómo obtendrías la idea opuesta.

La respuesta corta es que no puedes. Hay algo llamado una "regla de superselección del número de partículas" que postula que no se puede crear una superposición de diferentes números de partículas. Entonces, si prepara un estado Fock, puede realizar compuertas de fase y cambios de bits, pero no puede realizar rotaciones arbitrarias que creen superposiciones de diferentes números de partículas.

La respuesta más larga es que a veces puede hacer superposiciones, si tiene disponible el marco de referencia correcto. Hay una buena discusión de estas cosas aquí . Esta es la razón por la cual se pueden crear estados como los estados coherentes , que son una superposición de diferentes números de fotones (y se usan para el cálculo cuántico, pero esa es una pregunta completamente diferente). Pero creo que esto no puede funcionar con números de fotones pequeños (por ejemplo, la presencia o ausencia de un solo fotón). Lo único que puede hacer en ese contexto es crear una superposición de un solo fotón en uno de dos lugares.