Квантовый компьютер Loss – DiVincenzo - Loss–DiVincenzo quantum computer

Двойной квантовая точка. Спин каждого электрона S_L или S_р определить одну квантовую двухуровневую систему, или кубит в предложении Лосса-Ди Винченцо. Узкий вентиль между двумя точками может модулировать сцепление, позволяя замена операции.

В Квантовый компьютер Loss – DiVincenzo (или квантовый компьютер со спин-кубитом) - это масштабируемый полупроводник -основан квантовый компьютер предложено Дэниел Лосс и Дэвид П. Ди Винченцо в 1997 г.^[1] Предложение заключалось в использовании в качестве кубиты собственная степень свободы со спином 1/2 отдельных электронов, ограниченная квантовые точки. Это было сделано таким образом, чтобы Критерии Ди Винченцо для масштабируемого квантового компьютера,^[2] а именно:

• идентификация четко определенных кубитов;
• надежная государственная подготовка;
• низкая декогеренция;
• точные операции квантовых вентилей и
• сильные квантовые измерения.

Кандидатом в такой квантовый компьютер является боковая квантовая точка система. Ранее работа по применению квантовых точек для квантовых вычислений была проделана Баренко и др.^[3]

Реализация двухкубитного гейта

Квантовый компьютер Loss – DiVincenzo работает, в основном, с использованием напряжения затвора между точками для реализации Своп (информатика) операции и локальные магнитные поля (или любые другие локальные манипуляции со спином) для реализации Контролируемые ворота НЕ (Ворота CNOT).

Операция Swap достигается за счет приложения импульсного напряжения затвора между точками, поэтому константа обмена в гамильтониане Гейзенберга становится зависимой от времени:

${\displaystyle H_{s}(t)=J(t){\vec {S}}_{L}\cdot {\vec {S}}_{R}.}$

Это описание действительно только если:

• расстояние между уровнями в квантовой точке ${\displaystyle \Delta E}$ намного больше, чем ${\displaystyle \;kT}$;
• шкала времени импульса ${\displaystyle \tau _{s}}$ больше, чем ${\displaystyle \hbar /\Delta E}$, поэтому нет времени на переходы на более высокие орбитальные уровни и
• то декогеренция время ${\displaystyle \Gamma ^{-1}}$ длиннее, чем ${\displaystyle \tau _{s}}$.

Из импульсного гамильтониана следует оператор временной эволюции

${\displaystyle U_{s}(t)=\mathbf {T} \exp \left\{-i\int _{0}^{t}dt'H_{s}(t')\right\}.}$

Мы можем выбрать конкретную длительность импульса так, чтобы интеграл по времени по ${\displaystyle J(t)}$ дает ${\displaystyle J_{0}\tau _{s}=\pi ({\text{mod}}2\pi ),}$ и ${\displaystyle U_{s}}$ становится оператором обмена ${\displaystyle U_{s}(J_{0}\tau _{s}=\pi )\equiv U_{\rm {sw}}}$.

Вентиль XOR может быть достигнут путем объединения ${\displaystyle {\sqrt {\text{swap}}}}$ (квадратный корень из свопа) операции с отдельными операциями вращения:

${\displaystyle U_{\rm {XOR}}=e^{i{\frac {\pi }{2}}S_{L}^{z}}e^{-i{\frac {\pi }{2}}S_{R}^{z}}U_{\rm {sw}}^{1/2}e^{i\pi S_{L}^{z}}U_{\rm {sw}}^{1/2}.}$

Этот оператор дает условную фазу для состояния в основе ${\displaystyle {\vec {S}}_{L}+{\vec {S}}_{R}}$.

Экспериментальная реализация

Спиновые кубиты для квантового компьютера Лосса – Ди Винченцо были реализованы путем локального истощения двумерные электронные газы в арсенид галлия на основе материальных систем.^[4][5] Спиновые кубиты также могут быть реализованы в кремний^[6] или же графен.^[7]

Смотрите также

• Квантовый компьютер Кейна
• Клеточный автомат на квантовых точках

Рекомендации

1. Потеря, Дэниел; Ди Винченцо, Дэвид П. (1 января 1998 г.). «Квантовые вычисления с квантовыми точками». Физический обзор A. Американское физическое общество (APS). 57 (1): 120–126. arXiv:cond-mat / 9701055. Дои:10.1103 / Physreva.57.120. ISSN  1050-2947.
2. Д. П. Ди Винченцо, Мезоскопический перенос электронов, Vol. 345 Института перспективных исследований НАТО, серия E: Прикладные науки, под редакцией Л. Зона, Л. Кувенховена и Г. Шона (Kluwer, Dordrecht, 1997); на arXiv.org в декабре 1996 г.
3. Баренко, Адриано; Дойч, Дэвид; Экерт, Артур; Джоза, Ричард (1995). «Условная квантовая динамика и логические ворота». Phys. Rev. Lett. 74 (20): 4083. Дои:10.1103 / PhysRevLett.74.4083.
4. Петта, Дж. Р. (2005). «Когерентное манипулирование связанными электронными спинами в полупроводниковых квантовых точках». Наука. 309 (5744): 2180–2184. Дои:10.1126 / science.1116955. ISSN  0036-8075.
5. Блум, Хендрик; Фолетти, Сандра; Недер, Ижар; Руднер, Марк; Махалу, Диана; Уманский, Владимир; Якоби, Амир (2010). «Время дефазировки электронных спиновых кубитов GaAs, связанных с ядерной ванной, превышает 200 мкс». Природа Физика. 7 (2): 109–113. Дои:10.1038 / nphys1856. ISSN  1745-2473.
6. Ван, Сииин; Квернер, Клаудиа; Дадош, Тали; Крауч, Кэтрин Н .; Новиков, Дмитрий С .; Drndic, Мария (2011). «Коллективное усиление флуоресценции в кластерах наночастиц». Nature Communications. 2 (1). Дои:10.1038 / ncomms1357. ISSN  2041-1723.
7. Траузеттель, Бьорн; Булаев, Денис В .; Потеря, Дэниел; Буркард, Гвидо (2007). «Спиновые кубиты в графеновых квантовых точках». Природа Физика. 3 (3): 192–196. Дои:10.1038 / nphys544. ISSN  1745-2473.

внешняя ссылка

• Теория конденсированного состояния в Базельском университете