Die Suche in der Literatur nach dem Begriff "Quantengedächtnis" scheint Ergebnisse aus zwei verschiedenen Gemeinschaften zu liefern.
Auf der einen Seite gibt es Quantenoptiker, die einen Quantenspeicher als etwas sehen, das dazu dient, ein Photon zu absorbieren und seinen Quantenzustand zu speichern, bevor es wieder ausgesendet wird. Das Gedächtnis könnte in diesem Fall so klein wie ein einzelnes Atom sein. Weitere Details dazu finden Sie in einer Rezension hier .
Auf der anderen Seite gibt es diejenigen, die einen Quantenspeicher als ein Vielteilchensystem ansehen, in dem Quanteninformationen gespeichert werden. Möglichkeiten hierfür sind fehlerkorrigierende Codes wie der Oberflächencode oder die nicht-Abelschen Anyonen, die als kollektive Anregungen in bestimmten Systemen der kondensierten Materie auftreten können. Dabei wird nicht zwangsläufig davon ausgegangen, dass die Quanteninformation irgendwo existiert hat, bevor sie im Speicher war, oder dass sie danach woanders hin übertragen wird. Stattdessen kann der Zustand im selben System initialisiert, verarbeitet und gemessen werden. Ein Beispiel für einen solchen Ansatz finden Sie hier .
Diese beiden Konzepte von Quantenspeichern scheinen mir ziemlich disjunkt zu sein. Die beiden Gemeinschaften verwenden denselben Begriff für verschiedene Dinge, die einen kohärenten Zustand speichern, aber worauf sie sich beziehen, ist ansonsten ziemlich unabhängig. Ist das so oder sind sie wirklich gleich? Wenn ja, was genau sind die Zusammenhänge?
Wenn Sie tatsächlich mit Leuten diskutieren, die an Quantenspeichern arbeiten, werden Sie feststellen (zumindest habe ich das getan), dass sie eine vage Definition teilen: "Ein Quantenspeicher ist etwas, das einen Quantenzustand speichert", besser als ein klassischer Speicher. Darüber hinaus haben sie sehr unterschiedliche Vorstellungen davon
Beachten Sie, dass die gleichen Unterschiede auch für klassische Erinnerungen gelten, zwischen einem Blatt Papier, einem Magnetband, einem ECC-RAM oder einer Gruppe von Neuronen in meinem Gehirn.
Ich bin jedoch davon überzeugt, dass es möglich ist, einen Quantenspeicher allgemein zu definieren. In einem Artikel ( shamless plug ) über eine bestimmte Art von kontinuierlich variablen Quantenspeichern schrieb ich
Ein Quantenspeicher speichert per Definition Informationen über einen Quantenzustand für ein bestimmtes Zeitintervall, und er sollte dies besser tun als jeder klassische Speicher (dh ein auf klassischen Zuständen basierender Speicher). Da ein a priori bekannter Quantenzustand eine vollständige klassische Beschreibung (seine Dichtematrix) hat, kann er mit einer beliebig hohen Genauigkeit rekonstruiert werden, indem ein Aufbau nur diese Beschreibung in einem klassischen Speicher speichert.
Genauer gesagt kann ein Quantenspeicher gemäß der verrauschten Speichermodellliteratur durch einen Quantenkanal definiert werden, der selbst durch eine zeitabhängige vollständig positive (CP) Karte beschrieben werden kann . Wenn der Quantenspeicher einen klassischen Ausgang hat ( z . B. wenn er für eine verzögerte Messung verwendet wird), kann er durch eine CP-Karte mit anschließender Messung modelliert werden. Es gibt uns ein einfaches Kriterium, um einen klassischen Speicher von einem Quantenspeicher zu unterscheiden, da ein durch Messung und Präparation ergänzter klassischer Speicher nur einen Kanal zum Aufbrechen der Verschränkung implementieren kann.
Wenn der Speicherausgang ein Quantenspeicher ist, kann man ihn als Quantenspeicher iff bezeichnen ist keine Verschränkungsbrechung. Wenn die Ausgabe klassisch ist, muss man zeigen, dass die Ausgaben nicht durch direkte Messungen des Eingabezustands erhalten werden können.
Die Frage, ob der Speicher ein (Wolke von) Atom(en) verwendet, um ein photonisches Qubit zu speichern, oder topologische Fehlerkorrekturcodes, um den Zustand des Kernspins von 5 NV-Zentren zu speichern, ist für die Definition irrelevant. Genauso wie sich der Arbeitsspeicher meines Computers stark von einem Gedichtband unterscheidet. Beides sind klassische Erinnerungen.
Dann kann die klassische Kapazität definitionsgemäß keine Gütezahl sein, um einen Quantenspeicher zu charakterisieren. Aber wie bei Quantenkanälen sind je nach Anwendung viele Gütezahlen möglich. Die Quantenkapazität scheint eine natürliche Gütezahl zu sein, aber ein Gedächtnis, das einen gebundenen verschränkten Zustand speichert, würde durch diese Gütezahl ausgeschlossen.
Ich stimme der vorherigen Antwort zu, dass zwei in der Frage zitierte Artikel sehr ähnliche Ansätze für den Quantenspeicher behandeln, aber aus Gründen der Pedanterie sollte ich sagen, dass es möglicherweise nicht absolut richtig ist, die Betrachtung auf diesen einen Typ zu beschränken. Tatsächlich verursacht das No-Cloning-Theorem eine offensichtliche Grenze für den Quantenspeicher, dh wenn wir einen unbekannten Quantenzustand gespeichert haben, können wir nur einmal darauf zugreifen, um genau dieselbe Kopie zu haben, sonst wäre es eine ideale Klonmaschine. So oft wird Quantenspeicher nur als eine Methode zur verzögerten Nutzung eines Quantenzustands betrachtet.
Grover führte jedoch bereits eine alternative Vorstellung von "Speicher" ein und verwendete dann den Begriff "Datenbank". In einer neueren Modifikation ist es ein Quantenschaltkreis mit Eigenschaft Es wurde "Datenbank" genannt und kann mit Nur-Lese-Speicher verglichen werden, da es als Zugriff auf betrachtet werden kann -te Zelle eines Speichers, um ein bisschen abzurufen . Zunächst wurde ein Modell mit vorgeschlagen und mit einzelnem Einheitselement in der gesamten "Datenbank". Es wurde verwendet, um die Beschleunigung für ein Orakel zu analysieren. Später wurde es auf viele Elemente verallgemeinert und es ist nicht allzu schwer zu zeigen, dass daraus ein Kreis mit Eigenschaft konstruiert werden kann und es kann auch auf mehr als ein Qubit für die Ausgabe verallgemeinert werden. Das Problem, dass es sich bei Qubits noch um den Nur-Lese- Speicher handelt.
Doch wenn man das Modell mit CD-ROM vergleicht, ist das unterschiedlich, aber bekannt und wir können ein Analogon von CD-RW konstruieren. Es ähnelt der bereits in der vorherigen Antwort erwähnten Idee der Konstruktion des Quantenzustands für eine gegebene Dichtematrix. Ich stimme dem Begriff "klassisch" für einen solchen Speicher nur nicht zu, weil (1) die Ausgabe eines solchen Geräts ein Quantenzustand ist und ein klassisches Gerät dies nicht tun würde, (2) für die Ausgabe mit Qubits (oder anderen diskreten Quantenvariablen). ist möglich, die Codierung von zu verwenden und mit kontinuierlichen Quantenvariablen, zB unter Verwendung der stereografischen Projektion der Bloch-Sphäre auf Paare von kontinuierlichen reellwertigen Quantenvariablen .
Ein Quantenzustand hat keine klassischen Erinnerungen oder klassischen Output, Punkt: Ein klassisches Gedächtnis bezieht sich schließlich in jeder Anwendung auf den Prozess der Speicherung von Daten durch Kopieren. Wie bewiesen ist, können Quantenzustände nicht kopiert werden. Sie können sich jedoch verheddern. Ein Quantenspeicher kann einen Quantenzustand speichern, jedoch nicht zum Zwecke des Kopierens in irgendeiner Weise, da die Quantenverschränkung die Situation ist, in der die Quantenzustände für mehrere Teilchen nicht mehr unabhängig sind, dh nicht unabhängig beschrieben werden können; die Situation, in der KEINE Informationsübertragung zwischen den beiden Teilchen stattfindet (klassisches Gedächtnis), sondern identische Teilchen an zwei Orten gebildet werden (Quantengedächtnis). Es gilt auch das Beobachterprinzip, das das klassische Gedächtnis unanwendbar macht. Dass das Betrachten einer solchen Quantenteleportation sie verändern wird und wahrscheinlich in jedem Experiment, das stattgefunden hat, hat. Ebenso das Unsicherheitsprinzip. Das klassische Gedächtnis ist mit beiden nicht kompatibel.