Comment faire pivoter un qubit d'état Fock?

J'ai lu qu'un qubit peut être encodé dans un état Fock , comme la présence ou l'absence d'un photon. Comment effectuez-vous des rotations de qubit unique sur les états Fock?

Les superpositions dans l'espace Fock - et les rotations dans l'espace Fock - sont absolument omniprésentes.

• Il est important de noter que tous les états classiques du champ électromagnétique sont des superpositions de nombreux états propres de nombre de photons différents.

• Toute la discipline de la théorie quantique des champs concerne (approximativement) quelles rotations dans certains espaces de Fock motivés physiquement sont autorisées, et avec quelles amplitudes elles se produisent réellement.

• Les paradigmes expérimentaux du circuit et de la cavité QED - qui valident de façon exquise les prédictions de cette théorie vieille de 70 ans - traitent explicitement des opérations sur les états des nombres de photons (en particulier "la présence ou l'absence d'un seul photon" comme l'a dit DaftWullie et sont les pierres angulaires de la physique atomique, moléculaire et optique. Le circuit QED est la théorie essentielle qui sous-tend les qubits de flux supraconducteurs, dont les dispositifs se sont révélés afficher des effets quantiques cohérents hors de tout doute raisonnable ou déraisonnable. Serge Haroche a reçu le prix Nobel de physique 2012 pour ses travaux sur la cavité QED, dans lesquels il a continué à créer, contrôler et mesurer avec bonheur des superpositions de petits nombres de photons micro-ondes. De nombreux expérimentateurs le font tous les jours.

• Il a longtemps été suggéré qu'un seul mode harmonique soit utilisé pour représenter un ou plusieurs qubits dans un ordinateur quantique pratique, dans lequel les états logiques sont codés comme des superpositions d'états de différents numéros d'occupation. Pour quelques idées sur la façon de procéder ainsi que quelques raisons pour lesquelles ce n'est peut-être pas la meilleure idée, voir Nielsen et Chuang, section 7.2.

Il n'y a pas de pénurie de documentation sur les façons d'effectuer ce genre d'opérations. En fait, une fraction non triviale de la physique moderne s'occupe exactement de cela. Je ne peux pas imaginer où ni comment vous obtiendriez l'idée opposée.

La réponse courte est que vous ne pouvez pas. Il y a quelque chose appelé une "règle de supersélection du nombre de particules" qui postule que vous ne pouvez pas créer une superposition de différents nombres de particules. Donc, si vous préparez un état Fock, vous pouvez effectuer des portes de phase et des retournements de bits, mais vous ne pouvez pas effectuer de rotations arbitraires qui créent des superpositions de différents nombres de particules.

La réponse la plus longue est que, parfois, vous pouvez faire des superpositions, si vous avez le bon référentiel disponible. Il y a une bonne discussion de ce genre de choses ici . C'est la raison pour laquelle des états tels que les états cohérents , qui sont une superposition de différents nombres de photons, peuvent être créés (et ils sont utilisés pour le calcul quantique, mais c'est une question entièrement différente). Mais je crois que cela ne peut pas fonctionner avec de petits nombres de photons (par exemple la présence ou l'absence d'un seul photon). La seule chose que vous pouvez faire dans ce contexte est de créer une superposition d'un seul photon à l'un des deux endroits.