物理和逻辑量子比特有什么区别?

What is the difference between a physical and a logical qubit?

物理量子位和逻辑量子位有什么区别?

希望有人能帮我解决这个问题,我不知道到底有什么区别。

最好的,迪尔玛

逻辑量子位是一种可用于编程的量子位,它包含 |0> 和 |1> 状态的叠加。它可以通过模拟器 运行 在台式机或笔记本电脑的普通二进制 CPU 上实现,让您开发和调试量子算法。 (Representing an n-qubit quantum state takes 2n-1 complex numbers. 如果舍入误差正常,模拟器可能会使用固定宽度的整数或浮点表示。)

物理量子位是量子位的实际量子实现。维基百科有 table 种不同的可能性:https://en.wikipedia.org/wiki/Qubit#Physical_representation。例如,可以具有自旋向上/自旋向下状态叠加的电子。

真实的物理量子比特遭受不想要的退相干。如果您直接将它们用作逻辑量子位,则会出现问题。相反,您可以在多个物理量子位之上实现一个逻辑量子位以获得冗余。

From Quantum Error Correction for Beginners, Devitt, Munro, and Nemoto (2013).

THE 3-QUBIT CODE: A GOOD STARTING POINT FOR QUANTUM ERROR CORRECTION

...

The 3-qubit code encodes a single logical qubit into three physical qubits with the property that it can correct for a single, σx, bit-flip error.

The two logical basis states |0>L and |1>L are defined as

|0>L = |000>, |1>L = |111> 

该论文接着描述了可以处理更多错误的其他纠错方案。

我本人几乎没有在论文中看到更多内容,但这听起来与经典的故障安全冗余计算非常相似,您可以通过 triple redundancy and taking the 2 results that agree. 来纠正硬件故障/宇宙射线故障这在每个位级别上进行纠错,特别是在像 space 宇宙射线会翻转位的飞行这样的高错误环境中。

您还可以构建和编程 3 台独立的计算机(来自不同制造商的不同硬件,软件由彼此不交谈的团队编写)。只比较相同输入的最终结果。这就是你想要的 for airliner fly-by-wire control systems, and manned space flight.

无论如何,我们在这里离题了,但我希望这个类比有助于理解使用多个不可靠的物理计算来产生一个(多个)可靠的逻辑计算.


这与我们对现代 NAND 闪存存储所做的有点相反。 https://en.wikipedia.org/wiki/Multi-level_cell 闪存不是每个单元仅使用一位(低电压或高压),而是使用 4 或 8 个电压电平来存储每个单元 2 或 3 位。 (或者我猜 3 个级别可以使用编码方案在多个单元格中每个单元格总共存储超过 1 位。)

不是你想要的(退相干是一个足够的问题,而不是试图为每个物理事物打包更多的逻辑位),但一些量子系统也许可以做到这一点。维基百科给出了一个非线性振荡器的例子,其中一个能级是基态,另一个能级是第一激发态。使用第 2 和第 3 激发态可以让您在其中存储 2 个量子位。但正如我所说,这在实际系统中没有用。

物理量子比特是物理实现的量子比特。它们可以叠加。

逻辑量子比特由一个或多个物理量子比特组成,可以叠加,相干时间比物理量子比特长。