Warum wollen wir Qubits verschränken?

Der einzige Zweck eines Quantenregisters besteht darin, das Qubit zu speichern. Auch wenn das Qubit mit anderen Qubits verschränkt sein kann, kann das Quantenregister dennoch alle Informationen des Qubits speichern und bewahren. Verschränkung steht also nicht in direktem Zusammenhang mit Quantenregistern. Jedenfalls ist Verschränkung erforderlich, um viele Effekte zu erzielen, die mit einem klassischen Computer nicht erzielt werden können.

Einer der Gründe für ein verschränktes Qubit ist die Verwendung von Quantenteleportation . Es ermöglicht Ihnen, das Qubit auf den anderen Computer zu verschieben, indem Sie über den klassischen Kanal kommunizieren.

Ein weiterer Grund ist die Rechengeschwindigkeit. Ein$n$Qubit-System hat$2^n$Basisorthonormalzustand im Hilbertraum. Um eine universelle Quantenberechnung zu haben (d. h. sie kann alle anderen Quantencomputer simulieren), müssen alle möglichen Zustände für einen einheitlichen Operator zugänglich sein. Wenn Sie sich auf den Zustand ohne Verschränkung beschränken, ist die Berechnung nicht universell, da Sie viele sich entwickelnde Pfade und Zustände blockieren.

Natürlich können wir auch Größenberechnungsprobleme kodieren$n$Bits, sagen wir$n=32$, in ein einzelnes Teilchen mit$k$Basiszustand statt. Es erfordert jedoch ein Atom$k=2^n$Energielevel! Wir haben keine Messgenauigkeit, um sie alle zu unterscheiden, und das bedeutet, dass dieser Ansatz überhaupt nicht praktikabel ist. Andererseits brauchen wir nur$n=32$Qubits mit Verschränkung, um die gleiche Berechnung zu erreichen, und wir können eine einigermaßen genaue Messung an einzelnen Qubits einzeln durchführen. Die Verschränkung ermöglicht also den Bau skalierbarer Quantencomputer.