आयन ट्रैप क्वांटम कंप्यूटरों की स्केलेबिलिटी

Question

मेरी समझ यह है कि आयन ट्रैप क्वांटम कंप्यूटरों में आयनों को रखने के लिए आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र बहुत जटिल हैं, और इस कारण से, वर्तमान में, केवल 1-डी कंप्यूटर संभव हैं, इसलिए क्वैब के बीच संचार की आसानी को कम करते हैं। इस प्रिन्प्रिंट में पॉल ट्रैप का उपयोग करते हुए 2-डी सिस्टम के लिए एक प्रस्ताव प्रतीत होता है, लेकिन मुझे नहीं लगता कि यह वास्तव में परीक्षण किया गया है।

क्या आयन ट्रैप क्वांटम कंप्यूटरों की मापनीयता इस पर निर्भर करती है (क्या आयनों को एक सीधी रेखा के अलावा विन्यास में व्यवस्थित किया जा सकता है या नहीं) या अन्य कारक हैं? यदि पूर्व, क्या प्रगति हुई है? यदि उत्तरार्द्ध, अन्य कारक क्या हैं?

Answer 1

आयन जाल क्वांटम कंप्यूटर विद्युत नहीं चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके खाली स्थान में आयनों को पकड़ते हैं। स्थैतिक क्षेत्रों ( अर्णवश प्रमेय ) का उपयोग करना असंभव है इसलिए एक वैकल्पिक क्षेत्र का उपयोग किया जाता है। इसका प्रभाव यह है कि आवेशित कण जैसे आयन न्यूनतम क्षेत्र की तलाश करते हैं; इस प्रकार के आयन जाल को एक चौगुना जाल भी कहा जाता है क्योंकि अंतरिक्ष में न्यूनतम न्यूनतम (सबसे कम क्रम) क्षेत्र एक चौगुना क्षेत्र है। खेतों को व्यवस्थित करना सरल है जो आयनों को एक बिंदु पर या एक रेखा तक सीमित करते हैं और आयन ट्रैप क्वांटम कंप्यूटर उत्तरार्द्ध का उपयोग करते हैं। फिर भी यह पैमाना नहीं है क्योंकि संगणना में आयनों के प्रेरक तरीके शामिल होते हैं जो अधिक आयन होने पर भेद करना कठिन हो जाता है।

इस दृष्टिकोण को स्केलेबल बनाने के लिए दो दृष्टिकोण हैं: आयनों के युगल तार या तो प्रकाश (फोटॉन) का उपयोग करते हैं या आयनों को एक से दूसरे ऐसे रैखिक आयन ट्रैप सेक्शन में बंद करके। फोटॉनों का उपयोग करना विशेष रूप से मुश्किल है और वर्तमान में एक क्वांटम कंप्यूटर के लिए काम करने योग्य है जो एक त्रुटि सुधार सीमा से मिलता है, तो आइए शंटिंग आयनों पर ध्यान केंद्रित करें।

गणितीय रूप से सही चौगुनी जाल का निर्माण चौराहों के लिए नहीं किया जा सकता है, लेकिन भौतिकविदों ने उन्हें वैसे भी बनाने से नहीं रोका है। चाल यह है कि, हालांकि एक चौराहे के केंद्र में एक चौगुनी क्षेत्र की व्यवस्था नहीं कर सकता है, फिर भी एक कारावास हो सकता है। और स्थैतिक (वैकल्पिक) क्षेत्र में स्थैतिक क्षेत्र का उपयोग करके आयनों को थोड़ा सा चलाकर, व्यक्ति पर्याप्त रूप से मजबूत कारावास प्राप्त कर सकता है। यह भी दिखाया गया है कि एक चौराहे पर इस तरह के शट डाउन आयन को गर्म करने के बिना संभव है (इसकी प्रेरक स्थिति को बदलकर)।

ऐसे चौराहों के साथ, आयन जाल स्केलेबल होते हैं।

Comments

अर्जक प्रमेय पर उस लेख में खामियों पर एक अनुभाग है ... उनमें से कोई भी लागू होगा?

— स्नाइपर

@ संस् या नहीं, दुर्भाग्य से, कोई भी यहां लागू नहीं होता है।

— पिरामिड

Answer 2

2012 के भौतिकी में प्रगति पर रिपोर्ट, " फंसे हुए आयनों के साथ कई शरीर भौतिकी के प्रायोगिक क्वांटम सिमुलेशन " ( अर्थ लिंक में वैकल्पिक लिंक )। संक्षेप में: हां, आयनों की व्यवस्था स्केलेबिलिटी के लिए एक महत्वपूर्ण सीमा है, लेकिन नहीं, कॉन्फ़िगरेशन वर्तमान में परमाणुओं की एक पंक्ति तक सीमित नहीं हैं । उस कागज़ पर, लेज़र-कूल्ड आयनों की प्रायोगिक प्रतिदीप्ति छवियों के लिए चित्रा 3 की जाँच करें, जिसमें एक सिंगल आयन, सिंगल लाइन, ज़िग-ज़ैग चेन और थ्री-डायमेंशनल कंस्ट्रक्शन सहित एक लीनियर आरएफ ट्रैप की एक आम परिभाषित क्षमता होती है।

Schaetz et al द्वारा ऊपर दिए गए पेपर में चित्र 3 से: " संरचनात्मक चरण संक्रमणों को एक-, दो- और तीन-आयामी क्रिस्टल के बीच प्रेरित किया जा सकता है, उदाहरण के लिए रेडियल से अक्षीय ट्रैपिंग आवृत्तियों के अनुपात को कम करके। " समीक्षा पत्र मौजूद होना चाहिए, लेकिन यह पहला है जो मैंने पाया कि संतोषजनक था। समान रूप से, वर्तमान परिणाम सार्वभौमिक गणना के बजाय प्रत्यक्ष सिमुलेशन के बारे में अधिक हैं, उदाहरण के लिए एक ही पेपर में आंकड़ा 13 से: " प्रयोगात्मक मापदंडों को एक संरचनात्मक चरण संक्रमण के दौरान गैर-एडियबिक रूप से आयनों की रैखिक श्रृंखला से एक ज़िगज़ेन संरचना में बदलना, क्रम। क्रिस्टल डोमेन में टूट जाते हैं, जो स्थैतिक रूप से संरक्षित दोषों द्वारा बनाए गए हैं जो कि सोलिटनों का अनुकरण करने के लिए अनुकूल हैं। "

इसी विषय पर, और 2012 से भी, बाहर की जाँच के लायक एक और कागज होगा , जिसमें फंसे हुए आयन क्वांटम सिम्युलेटर के सैकड़ों आयामी (arXiv संस्करण) ( प्रकृति संस्करण ) के साथ दो आयामी आइसिंग इंटरैक्शन इंजीनियर होंगे । आपके पास प्रयोगात्मक चित्र है चित्रा 1। , यह पॉल जाल के बजाय इस मामले में एक पेनिंग ट्रैप है। वास्तव में, यह सार्वभौमिक क्वांटम कंप्यूटिंग नहीं है, बल्कि क्वांटम सिमुलेशन का विशेष अनुप्रयोग है, लेकिन फिर भी यह 2-डी ट्रैप में आयनों को रखने की दिशा में प्रयोगात्मक रूप से प्रयोगात्मक प्रगति है। और इस प्रकार स्केलेबिलिटी की ओर अग्रसर।

मैं खुद जाल में कोई विशेषज्ञ नहीं हूं, लेकिन हालिया (2017) सम्मेलन में मुझे यही मिला है

• प्रायोगिकवादी क्षमता के साथ खेलते हैं और दिलचस्प संयोजन प्राप्त करते हैं, केंद्रीय क्षेत्रों के साथ जो अर्ध-क्रिस्टलीय (चेन, सीढ़ी, रिबन आदि) और विदेशी टिप्स (जैसे रिबन या सीढ़ी जो एक परमाणु में समाप्त होते हैं)।
• $s^1$$^+$$^+$$^{14}$$^2$
• सामूहिक कंपन का उपयोग इंटरकबिट संचार के आधार के रूप में किया जाता है। जैसा कि पिछले बिंदु में, श्वास मोड विशिष्ट रूप से स्थिर है और इस तरह उपयोग करने के लिए सुविधाजनक है, लेकिन अन्य कंपन भी सुलभ हैं और अधिक दिलचस्प इंटरकबिट संचार योजनाओं की अनुमति देगा।

Answer 3

हालांकि मैं एक प्रयोगवादी नहीं हूं, और इन प्रणालियों का किसी भी महान गहराई से अध्ययन नहीं किया है, मेरी (क्रूड) समझ निम्नलिखित है:

आयन ट्रैप में आपको (कमोबेश) आयनों को लाइनों में फंसाना पड़ता है। हालाँकि, यह संचार की सहजता के मामले में एक सीमा नहीं है क्योंकि आप जिस बारे में सोच रहे हैं, वह तब है जब एक रेखीय प्रणाली में निकटतम पड़ोसी इंटरैक्शन होते हैं, यानी प्रत्येक qubit केवल अपने तत्काल पड़ोसियों के साथ बातचीत कर सकता है। आयन ट्रैप में, यह वास्तव में सच नहीं है क्योंकि आप सभी जोड़ों के एक सामान्य हिल मोड तक पहुंच सकते हैं ताकि सीधे मनमानी जोड़े बना सकें। तो वास्तव में, यह वास्तव में अच्छा है।

समस्या यह है कि आप कितने स्टोर कर सकते हैं। जाल में आप जितने अधिक परमाणु डालते हैं, उनकी ऊर्जा का स्तर उतना ही करीब होता है, और उन्हें नियंत्रित करने और फाटकों को लागू करने के लिए वे व्यक्तिगत रूप से संबोधित करते हैं। यह एक एकल फँसाने वाले क्षेत्र में आपके द्वारा निर्धारित की जाने वाली संख्याओं को सीमित करता है। इसके चारों ओर पाने के लिए (और त्रुटि सुधार के लिए आवश्यक समानता के अतिरिक्त बोनस के साथ), लोग कई अलग-अलग फँसाने वाले क्षेत्रों को परस्पर क्रिया करना चाहते हैं, या तो फ़्लाइंग क्विबेट्स के साथ, या अलग-अलग फँसाने वाले क्षेत्रों के बीच परमाणुओं को बंद करके। यह दूसरा दृष्टिकोण बहुत प्रगति पर है। यह सिद्धांत का प्रस्ताव है, लेकिन मैंने निश्चित रूप से उन कागजों को देखा है जिन्होंने बुनियादी घटकों का प्रदर्शन किया है ।