Pourquoi les ordinateurs quantiques optiques ne doivent-ils pas être maintenus près du zéro absolu alors que les ordinateurs quantiques supraconducteurs le font?

Il s'agit d'une question complémentaire à la réponse de @ heather à la question: pourquoi les ordinateurs quantiques doivent-ils être maintenus près du zéro absolu?

Ce que je sais:

• Informatique quantique supraconductrice : Il s'agit d'une implémentation d'un ordinateur quantique dans un circuit électronique supraconducteur.

• Calcul quantique optique : il utilise des photons comme supports d'information et des éléments optiques linéaires pour traiter des informations quantiques, et utilise des détecteurs de photons et des mémoires quantiques pour détecter et stocker des informations quantiques.

Ensuite, voici ce que Wikipédia continue de dire à propos de l'informatique quantique supraconductrice :

Les modèles de calcul classiques reposent sur des implémentations physiques conformes aux lois de la mécanique classique. On sait, cependant, que la description classique n'est exacte que pour des cas spécifiques, tandis que la description plus générale de la nature est donnée par la mécanique quantique. Le calcul quantique étudie l'application de phénomènes quantiques, qui sortent du cadre de l'approximation classique, pour le traitement de l'information et la communication. Il existe différents modèles de calcul quantique, mais les modèles les plus populaires incorporent les concepts de qubits et de portes quantiques. Un qubit est une généralisation d'un bit - un système avec deux états possibles, qui peut être dans une superposition quantique des deux. Une porte quantique est une généralisation d'une porte logique: il décrit la transformation qu'un ou plusieurs qubits connaîtront après que la porte leur aura été appliquée, compte tenu de leur état initial. La mise en œuvre physique des qubits et des portes est difficile, pour les mêmes raisons que les phénomènes quantiques sont difficiles à observer dans la vie quotidienne.Une approche consiste à implémenter les ordinateurs quantiques dans des supraconducteurs, où les effets quantiques deviennent macroscopiques, mais au prix de températures de fonctionnement extrêmement basses.

Cela a du sens! Cependant, je cherchais pourquoi les ordinateurs quantiques optiques n'ont pas besoin de "températures extrêmement basses" contrairement aux ordinateurs quantiques supraconducteurs. Ne souffrent-ils pas du même problème, à savoir que les phénomènes quantiques dans les ordinateurs quantiques optiques ne sont pas difficiles à observer, tout comme pour les ordinateurs quantiques supraconducteurs? Les effets quantiques sont-ils déjà macroscopiques à température ambiante dans de tels ordinateurs? Pourquoi

Je parcourais la description de l'informatique quantique optique linéaire sur Wikipedia , mais je n'ai trouvé aucune référence à la "température" en tant que telle.

Je cherchais pourquoi les ordinateurs quantiques optiques n'ont pas besoin de "températures extrêmement basses" contrairement aux ordinateurs quantiques supraconducteurs.

$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}$

Ne souffrent-ils pas du même problème, c'est-à-dire que les phénomènes quantiques dans les ordinateurs optiques quantiques ne sont pas difficiles à observer comme pour les ordinateurs quantiques supraconducteurs?

$^{[a]}$. En fait, les meilleurs photodétecteurs doivent en fait être exploités dans des environnements cryogéniques, de sorte que certaines architectures informatiques quantiques nécessitent une réfrigération cryogénique malgré le fait que les qubits eux-mêmes ont une fréquence très élevée.

PS Cette réponse pourrait être développée un peu. Si quelqu'un a un aspect particulier sur lequel il aimerait en savoir plus, veuillez laisser un commentaire.

$[a]$

Parce que la lumière, aux bonnes fréquences, interagit faiblement avec la matière. Dans le régime quantique, cela se traduit par des photons uniques étant largement exempts de bruit et de décohérence qui est le principal obstacle avec d'autres architectures QC. La température environnante ne perturbe pas l'état quantique d'un photon autant que lorsque l'information quantique est transportée par la matière (atomes, ions, électrons, circuits supraconducteurs, etc.). Par exemple, une transmission fiable de qubits photoniques (plus précisément, un protocole QKD) entre la Chine et l'Autriche, utilisant un satellite en orbite basse comme lien, a été récemment démontrée (voir par exemple ici ).

Malheureusement, la lumière interagit également extrêmement faiblement (comme dans le cas contraire) avec d'autres lumières. Différents photons n'interagissant pas entre eux sont ce qui rend le calcul quantique optique quelque peu délicat. Par exemple, des éléments de base comme les portes à deux qubits, lorsque les qubits sont portés par différents photons, nécessitent une certaine forme de non-linéarité, qui est généralement plus difficile à mettre en œuvre expérimentalement.

DanielSank a raison, mais je pense que la réponse est en fait encore plus subtile. S'il n'y avait pas de perte, il n'y aurait également aucun moyen que le rayonnement de fond s'infiltre dans votre appareil quantique. Même s'il était initialement excité thermiquement, on pourrait activement réinitialiser l'état des qubits. Ainsi, en plus des excitations thermiques des qubits micro-ondes, la raison fondamentale pour laquelle ils sont refroidis à une température aussi basse est vraiment la perte diélectrique des matériaux dans lesquels l'état quantique vit.

L'air n'impose pratiquement aucune perte aux photons optiques, mais les circuits électriques atténuent les plasmons hyperfréquences transportant l'information quantique. Jusqu'à présent, la seule façon de se débarrasser de ces pertes est d'utiliser des supraconducteurs et, en outre, d'aller vers des températures cryogéniques bien inférieures à la température critique des supraconducteurs, mais il n'y a pas de raison fondamentale de ne pas pouvoir utiliser des températures plus élevées à l'avenir, une fois que les matériaux présentant une perte moindre seront disponibles .