Informacyjne technologie kwantowe

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2021.1.1

Warianty tytułu

EN

Information quantum technologies

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Informacja kwantowa, której jednostką elementarną jest kubit, jest zawarta w skwantowanym, dyskretnym stanie układu kwantowego. Od informacji klasycznej odróżnia ją charakter probabilistyczny oraz możliwość zakodowania w nielokalnych związkach pomiędzy układami kwantowymi. Kwantowe związki nielokalne, będące powszechną właściwością wszechświata, nazywamy stanami splątanymi. Układ kwantowy jest obiektem podlegającym mechanice kwantowej i jest ograniczony rozmiarowo do skali atomowej. Kubit jest dowolną superpozycją dwóch stanów kwantowych oznaczanych jako |0> i |1>. Odczytując wartość kubitu uzyskuje się z pewnym prawdopodobieństwem wartość 0 lub 1. Nie można przewidzieć która wartość zostanie odczytana. Stan układu kwantowego jest nietrwały, ograniczony przez czas dekoherencji. Czas ten, zdeterminowany szumem i właściwościami układu odczytu, ogranicza skalowalność technologii kwantowych. Kubitem są np. elektron i jego dwuwartościowy spin, foton i jego dwuwartościowy stan polaryzacji, jon z odpowiednio wybranymi dwoma poziomami energetycznymi, ale też molekuły posiadające spin, oscylatory kwantowe czy kwazicząstki. Rejestr kwantowy jest uporządkowanym układem kubitów. Z kubitów i ich układów buduje się logiczne bramki kwantowe. Z kubitów, bramek kwantowych i układów kontrolno- sterujących buduje się systemy kwantowe: komputery, zegary, czujniki, systemy pomiarowe, urządzenia, grawimetry, akcelerometry i wiele innych. Do kontroli kubitów potrzeba jest zaawansowana fotonika, ultrastabilne przestrajalne lasery jednoczęstotliwościowe oraz zaawansowana, najlepiej standaryzowana elektronika.

EN

Quantum information, the unit of which is a qubit, is contained in a quantized, discrete state of a quantum system. What distinguishes it from classical information is its probabilistic nature and the possibility of coding it in non-local relationships between quantum systems. Quantum nonlocal relationships, a common feature of the universe, are called entangled states. A quantum system is an object subject to quantum mechanics and is limited in size to the atomic scale. A qubit is an arbitrary superposition of two quantum states marked as |0> and |1>. When you read the value of a qubit, you get a value of 0 or 1 with some probability. You cannot predict which value will be read. The state of the quantum system is unstable, limited by the time of decoherence. This time, determined by noise and properties of the readout system, limits the scalability of quantum technologies. The qubit is an electron and its bivalent spin, a photon and its bivalent polarization state, an ion with two suitably selected energy levels, but also molecules with spin, quantum oscillators or quasiparticles. A quantum register is an ordered system of qubits. Logical quantum gates are built from qubits and their systems. Quantum systems are built from qubits, quantum gates and measurement and control systems: computers, clocks, sensors, measuring systems, devices, gravimeters, accelerometers, and many others. To control qubits, you need advanced photonics, ultra-stable tuneable single-frequency lasers, and advanced, preferably standardized electronics.

Słowa kluczowe

PL

informacja kwantowa; informatyka kwantowa; układ kwantowy dwupoziomowy; kubit; bramka kwantowa; rejestr kwantowy; stan kwantowy; komputer kwantowy; czujnik kwantowy

EN

quantum information; quantum information technology; two-level quantum system; qubit; quantum gate; quantum register; quantum state; quantum computer; quantum sensors

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 62, nr 1
• Strony: 4--10
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] T. Fortier and E. Baumann (2019). 20 years of developments in optical frequency comb technology and applications. Commun Phys, Vol. 2, Issue 153, pp. 1-15.
• [2] J. Tom, et al (Dec. 2020), Exploring the role of high-purity laser light in quantum technology, Photonics Spectra.
• [3] T. Ladd et al. (2010). Ouantum computers. Nature, Vol. 464, Issue 45, pp. 45-53.
• [4] X. S.L. Bayliss et al. (2020), Optically addressable molecular spins for quantum information Processing, arXiv 2004.07998.
• [5] X. G. Wolfowicz, et al (2020), Vanadium spin qubits as telecom quantum emitters in silicon carbide, arXiv 1908.09817.
• [6] Z. Ma, et al. (Dec. 2020), Ultra bright quantum photon sources on chip, PRL 125, 263602.
• [7] H-S. Zhong, et al. (2020), Ouantum computational advantage using photons, Science 370(6523), 1460-1463.
• [8] D.P. DiVincezno (2000), The physical implementation of quantum computation, arxiv:quant-ph/02077.
• [9] G.B. Lemos, et al. (Jan. 2014), Ouantum imaging using undetected photons, Nature.
• [10] http://scienceinpoland.pap.pl/en/news/news%2C33740%2C-two-polish-scientists-eu-quantumtechnologies-advisory-board.html
• [11] https://github.com/sinara-hw/meta/wiki/Team
• [12] https://sinara-hw.github.io/
• [13] https://m-labs.hk/experiment-control/artiq/
• [14] https://github.com/sinara-hw/meta/wiki/Status
• [15] C.J. Ballance, et al (2016), High-fidelity quantum logic gates using trapped-ion hyperfine qubits, PRL 117, 060504.
• [16] G. Kasprowicz, K. Poźniak, Z. Wawrzyniak, Komputery i symulatory kwantowe QC, Notatka wewnętrzna PW, Warszawa IX 2020.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).