O processo para transferir qubits entre locais

Entendo que agora os qubits são entidades físicas em um computador Quantum e estou brincando no IBM Quantum Computer, bem como na linguagem Q # e mergulhando meus dedos no mundo Quantum pela primeira vez.

Eu li muitos dos cenários no estilo de Alice e Bob, onde frequentemente menciona o transporte de um qubit de Alice para Bob. Estou deduzindo que, como transportá-lo fisicamente, mas ainda não encontrei uma discussão sobre o que isso parece do ponto de vista da computação. Como na teoria poderia ser conseguido "empacotar" um qubit, ou mesmo uma representação de um qubit (estado ou valores) para transporte através de um canal clássico ou quântico? Estou assumindo que a única maneira de isso ser possível é via emaranhamento e teletransporte. É possível que qubits comuns não emaranhados sejam representados em algum formato e transferidos logicamente entre dois pontos, nos quais o ponto de recebimento pode decodificar e interpretar as informações contidas nele. Esse ponto de recebimento pode ser um serviço de computador em uma arquitetura clássica de computadores ou outra máquina Quantum.

Eu pergunto isso no sentido da computação clássica, onde podemos codificar bits em um chip, mas logicamente representar um bit (ou série de bits) em vários formatos e transferi-los para manipulação. Como engenheiro de software, é daí que vem meu processo de pensamento. Isso pode não ser algo prático a ser feito no Quantum, mas, em teoria, é algo que poderia ser alcançado? Qualquer orientação seria bem-vinda.

EDIT: Obrigado pelas respostas realmente abrangentes, ele preencheu muitas lacunas e eu não percebi o forte vínculo entre fótons e fibras, o que traz uma ponte potencial em teoria. Estou trabalhando nos aplicativos básicos do olá mundo e estava tentando conectar mentalmente meu conhecimento de software da Classical a este mundo em um nível básico de transferência e representação. Estou tentando criar alguns aplicativos pequenos que fazem a ponte entre os dois mundos e, no momento, meu bloqueio mental representa as características de um qubit nas notações de programação tradicionais. Você já pensou sobre o que precisaria ser modelado para criar uma representação lógica de um qubit? O que estou dizendo é algo semelhante a uma especificação que permitiria que um programador representasse um tipo (como uma String, por exemplo,https://en.wikipedia.org/wiki/String_(computer_science) ). Nas linguagens de programação Quantum, o qubit é do seu próprio tipo, detalhando um nível, as características podem ser capturadas de uma maneira muito básica, de modo que potencialmente possam ser representadas em algo como uma matriz de vetores para capturar as principais características, por exemplo, estado (apesar da dificuldade de superposição!), rotação etc.

Você está totalmente certo ao supor que o transporte de qubits de Alice para Bob implica algo físico. Normalmente, problemas / situações que possuem essa configuração de transmissão entre duas partes são chamados de comunicações quânticas . Esses problemas / situações às vezes desambiguam chamando seus qubits de "qubits voadores", que quase sempre são fótons. Os fótons únicos também são sistemas quânticos que podem ser preparados em estados úteis de qubit, eles podem ser operados com portões (mas nem todos os tipos de portões e não tão facilmente quanto algumas outras implementações físicas de qubits) e podem ser medidos como qualquer outro sistema qubit. Alice e Bob compartilhariam essas fotos literalmente por uma fibra óptica em que estão conectadas ou através do espaço livre (que poderia ser literalmente a um satélite no espaço).

Os fótons são ótimos para esta aplicação porque já os usamos em grande parte de nossas redes de comunicação clássicas. As redes fotônicas ou de internet "fibra" enviam informações clássicas em fibra óptica com lasers pulsados ​​fortes. Portanto, se você deseja ter um canal clássico e um canal de comunicação quântica, pode fazer os dois com a mesma fibra (difícil por alguns motivos técnicos, mas totalmente possível).

Também existem outros sistemas físicos dos quais você pode fazer qubits para a computação quântica (super condutores, interceptações de íons etc.). Você está certo ao conectar diferentes grupos desses qubits, um não pegaria o chip e o moveria; em vez disso, eles geralmente criam um (n) fótons que estão enredados no sistema original ou têm algumas informações que desejam compartilhe com o segundo sistema e depois envie o fóton.

Vale a pena afirmar desde o início que os cenários “Alice e Bob” são muito diferentes dos cenários de computação quântica. Os cenários de Alice e Bob são muito parecidos com o fato de existirem dois locais distantes entre os quais é impossível executar portões quânticos diretamente. Enquanto isso, nas arquiteturas de computação quântica de que você está falando, portas de dois qubit estão prontamente disponíveis. Mesmo que você não consiga interagir diretamente com um par de qubits, um monte de portas de troca são suficientes para mover os qubits um perto do outro e voltar novamente.

Você também deseja ter cuidado com sua interpretação clássica de engenheiro de software, porque, de maneira clássica, é muito fácil mudar as coisas e fazer várias cópias. Em quantum, você não pode fazer cópias de seus dados.

Então, como você move um qubit? Emaranhamento e teletransporte não são realmente uma resposta. Eles podem ajudar a fornecer protocolos aprimorados de correção de erros, mas a questão básica ainda é como você compartilha o estado emaranhado para obter o teletransporte.

Provavelmente, a melhor maneira é transferir as informações quânticas de uma portadora física, como os qubits em um computador quântico, para outra. Normalmente, pensamos em fótons nesse contexto - eles são realmente bons em percorrer longas distâncias sem interagir muito. Da mesma forma que os dados clássicos podem ser transferidos por uma fibra óptica, não é muito difícil imaginar o envio de fótons em superposições através de uma fibra óptica. Você 'apenas' tem que converter o fóton em cada extremidade no diferente tipo de qubit de armazenamento / manipulação. A tecnologia certamente existe para fazer isso, mas não sei com que confiabilidade isso acontece.