Por que os computadores quânticos ópticos não precisam ser mantidos próximos ao zero absoluto, enquanto os computadores quânticos supercondutores o fazem?

Esta é uma pergunta subsequente à resposta de @ heather à pergunta: Por que os computadores quânticos devem ser mantidos perto de zero absoluto?

O que eu sei:

• Computação quântica supercondutora : É uma implementação de um computador quântico em um circuito eletrônico supercondutor.

• Computação quântica óptica : usa fótons como suportes de informação e elementos ópticos lineares para processar informações quânticas, e usa detectores de fótons e memórias quânticas para detectar e armazenar informações quânticas.

A seguir, é o que a Wikipedia continua a dizer sobre a supercondução da computação quântica :

Os modelos de computação clássica dependem de implementações físicas consistentes com as leis da mecânica clássica. Sabe-se, no entanto, que a descrição clássica é precisa apenas para casos específicos, enquanto a descrição mais geral da natureza é dada pela mecânica quântica. A computação quântica estuda a aplicação de fenômenos quânticos, que estão além do escopo da aproximação clássica, para processamento e comunicação de informações. Existem vários modelos de computação quântica, porém os modelos mais populares incorporam os conceitos de qubits e portas quânticas. Um qubit é uma generalização de um bit - um sistema com dois estados possíveis, que pode estar em uma superposição quântica de ambos. Uma porta quântica é uma generalização de uma porta lógica: descreve a transformação que um ou mais qubits sofrerão depois que o gate for aplicado a eles, dado seu estado inicial. A implementação física de qubits e portões é difícil, pelas mesmas razões que os fenômenos quânticos são difíceis de observar na vida cotidiana.Uma abordagem é implementar os computadores quânticos em supercondutores, onde os efeitos quânticos se tornam macroscópicos, embora a um preço de temperaturas de operação extremamente baixas.

Isso faz algum sentido! No entanto, eu estava procurando por que os computadores quânticos ópticos não precisam de "temperaturas extremamente baixas", diferentemente dos computadores quânticos supercondutores. Eles não sofrem do mesmo problema, ou seja, os fenômenos quânticos nos computadores quânticos ópticos não são difíceis de observar, assim como nos computadores quânticos supercondutores? Os efeitos quânticos já são macroscópicos à temperatura ambiente, nesses computadores? Por quê então?

Eu estava analisando a descrição da computação quântica óptica linear na Wikipedia , mas não encontrei nenhuma referência a "temperatura" como tal.

Eu estava procurando por que os computadores quânticos ópticos não precisam de "temperaturas extremamente baixas", diferentemente dos computadores quânticos supercondutores.

$f_{10}$$E_{10} = h f_{10}$$h$$E_\text{thermal} = k_b T$$k_b$

$T < 0.48 \, \text{K}$

$\left \lvert 0 \right \rangle$$\left \lvert 1 \right \rangle$$10^{14}$

Eles não sofrem do mesmo problema, ou seja, os fenômenos quânticos nos computadores quânticos ópticos não são difíceis de observar, assim como nos computadores quânticos supercondutores?

$^{[a]}$. De fato, os melhores fotodetectores precisam realmente ser operados em ambientes criogênicos, de modo que algumas arquiteturas ópticas de computação quântica precisam de refrigeração criogênica, apesar do fato dos qubits em si terem frequência muito alta.

PS Esta resposta pode ser expandida bastante. Se alguém tiver um aspecto específico sobre o qual gostaria de saber mais, deixe um comentário.

$[a]$

Porque a luz, nas frequências certas, interage fracamente com a matéria. No regime quântico, isso se traduz em fótons únicos livres do ruído e da descoerência que é o principal obstáculo em outras arquiteturas de CQ. A temperatura circundante não perturba o estado quântico de um fóton tanto quanto quando a informação quântica é transportada pela matéria (átomos, íons, elétrons, circuitos supercondutores etc.). Por exemplo, recentemente foi demonstrada a transmissão confiável de qubits fotônicos (mais precisamente, um protocolo QKD) entre a China e a Áustria, usando um satélite de baixa órbita como link (veja, por exemplo, aqui ).

Infelizmente, a luz também interage extremamente fracamente (como basicamente não o faz) com outra luz. Diferentes fótons que não interagem entre si é o que torna a computação quântica óptica um tanto complicada. Por exemplo, elementos básicos como portas de dois qubit, quando os qubits são transportados por fótons diferentes, exigem alguma forma de não linearidade, que geralmente é mais difícil de implementar experimentalmente.

DanielSank está correto, mas acho que a resposta é realmente ainda mais sutil. Se não houvesse perda, também não haveria como a radiação de fundo vazar para o seu dispositivo quântico. Mesmo se estivesse inicialmente excitado termicamente, era possível redefinir ativamente o estado dos qubits. Assim, além das excitações térmicas dos qubits de microondas, a razão fundamental para eles serem resfriados a uma temperatura tão baixa é realmente a perda dielétrica dos materiais em que o estado quântico vive.

O ar não impõe quase nenhuma perda aos fótons ópticos, mas os circuitos elétricos atenuam os plasmons de frequência de microondas que transportam as informações quânticas. Até agora, a única maneira de se livrar dessas perdas é usar supercondutores e, além disso, ir a temperaturas temperadas criogênicas muito mais baixas que a temperatura crítica dos supercondutores, mas não há razões fundamentais para não poder usar temperaturas mais altas no futuro, quando os materiais com menor perda estiverem disponíveis .