Warum können Photonen als Qubits verwendet werden?

Ich habe Quantencomputer studiert, und obwohl mir klar ist, wie Elektronen als Qubits verwendet werden, ist es durch ihre Spinzahl nicht so klar, was ein Photon zu einem brauchbaren Kandidaten für die Verwendung als Qubit macht.

Ich verstehe, wie die Verschränkung zwischen Qubits funktioniert und wie Quantengatter funktionieren (obwohl ich mich noch nicht mit optischen Gattern befasst habe), aber ich kann einfach nicht herausfinden, wie ein Photon Informationen übertragen könnte!

Könnte jemand dieses Rätsel lösen? Danke!

Aus geometrischer Sicht wird der Zustandsraum für Photonen (mit festem Impuls) als Poincare-Kugel dargestellt (siehe zum Beispiel spie.org/publications/fg05_p10-11_poincare_sphere?SSO=1 ), die mit dem Bild der Bloch-Kugel verwandt ist für gewöhnliche Qubits.

Antworten (3)

Ein Photon ist ein masseloses Spin-1-Teilchen. Das bedeutet, dass ein Photon genau wie ein Elektron genau zwei Spinzustände hat.

Für alle, die sich fragen, warum ein „Spin-1-Teilchen“ so viele Zustände hat wie das Elektron als Spin-1/2 -Teilchen und nicht mehr, siehe physical.stackexchange.com/q/46643/50583 .
Siehe z. B. "Eichungswahl und allgemeine Lösung von Bewegungsgleichungen" in Kap. 4.4 hier .

Nur um hinzuzufügen, jedes System, das sich in zwei Zuständen befinden kann, kann als Qubit dienen. Jedes Elementarteilchen mit zwei oder mehr Spinwerten kann also ein Qubit sein. Darüber hinaus kann ein anderer Parameter eines Partikels zur Darstellung eines Qubits verwendet werden, beispielsweise der Ort (Sie können ein Elektron haben und schauen, wo es platziert ist).

Photonen haben einen Polarisationszustand, der als rechtszirkular polarisiert und linkszirkular polarisiert bezeichnet wird.