Ketergantungan arsitektur pada perangkat keras

Seberapa banyak peran yang harus dimainkan oleh jenis perangkat keras untuk mengimplementasikan blok bangunan (seperti qubit, sirkuit, saluran komunikasi, RAM kuantum, dll.) Ketika merancang arsitektur untuk komputer kuantum skala penuh?

Pikiran saya sendiri tentang masalah ini: Arsitektur tidak harus bergantung pada cara perangkat keras direalisasikan. Karena jika itu terjadi, maka setiap kali seseorang datang dengan desain novel untuk perangkat keras, itu akan memerlukan pemikiran ulang arsitektur - bukan ide yang buruk jika Anda ingin meningkatkan arsitektur Anda tetapi memikirkan kembali itu harus lahir dari keinginan untuk meningkatkan komputer secara umum dan tidak sekadar menampung beberapa implementasi RAM baru.

Ini adalah dunia yang tidak begitu ideal dan singkatnya, arsitektur komputer kuantum tergantung BANYAK pada "perangkat keras" yang digunakan . Saat ini ada beberapa "model" untuk implementasi fisik komputer kuantum dan semuanya memerlukan arsitektur yang sangat berbeda. Sebagai contoh, komputer kuantum superkonduktor harus dijaga agar mendekati suhu nol absolut. Dalam komputer kuantum ion yang terperangkap ada laser yang diterapkan untuk menginduksi kopling antara status qubit. Untuk komputer kuantum optik, Anda memerlukan elemen optik linier (termasuk pembagi berkas, pemindah fase, dan cermin) untuk memproses informasi kuantum, dan detektor foton dan memori kuantum untuk mendeteksi dan menyimpan informasi kuantum.

Berikut daftar arsitektur umum, sebagaimana dinyatakan di Wikipedia :

• Komputasi kuantum superkonduktor (qubit diimplementasikan oleh keadaan sirkuit superkonduktor kecil (persimpangan Josephson))
• Komputer kuantum ion terperangkap (qubit diimplementasikan oleh keadaan internal ion yang terperangkap)
• Kisi optik (qubit diimplementasikan oleh keadaan internal atom netral yang terperangkap dalam kisi optik)
• Quantum dot computer, berbasis spin (mis. Komputer Loss-DiVincenzo quantum) (qubit diberikan oleh spin state dari elektron yang terperangkap)
• Quantum dot computer, berbasis spasial (qubit diberikan oleh posisi elektron dalam double quantum dot)
• Resonansi magnetik nuklir pada molekul dalam larutan (liquid-state NMR) (qubit disediakan oleh spin nuklir di dalam molekul terlarut)
• Komputer kuantum NMR Kane solid-state (qubit direalisasikan oleh spin state donor fosfor dalam silikon)
• Komputer kuantum elektron-on-helium (qubit adalah putaran elektron)
• Cavity quantum electrodynamics (CQED) (qubit disediakan oleh keadaan internal atom yang terperangkap digabungkan dengan rongga-lubang halus)
• Magnet molekul (qubit diberikan oleh kondisi spin)
• Komputer kuantum ESR berbasis Fullerene (qubit berdasarkan spin elektron atau molekul yang terbungkus dalam fullerene)
• Komputer kuantum optik linier (qubit direalisasikan dengan memproses keadaan berbagai mode cahaya melalui elemen linier misalnya cermin, pembagi berkas, dan pemindah fase)
• Komputer kuantum berbasis berlian (qubit direalisasikan oleh perputaran nuklir atau nuklir dari pusat kekosongan nitrogen dalam intan)
• Komputer kuantum berbasis kondensat Bose – Einstein
• Komputer kuantum berbasis transistor - komputer kuantum string dengan entrainment lubang positif menggunakan perangkap elektrostatik
• Komputer kuantum berbasis kristal anorganik ion logam langka yang diolah oleh logam (qubit direalisasikan oleh keadaan elektronik internal dopan dalam serat optik)
• Komputer kuantum berbasis karbon seperti logam.

Pada kondisi terkini, cukup sedikit. Seperti yang ditunjukkan oleh jawaban lain , arsitektur yang berbeda menerapkan qubit dalam substrat fisik yang berbeda, yang menghasilkan teknik yang sangat berbeda untuk menghasilkan, mengembangkan, berinteraksi, dan mengukur qubit. Selain itu, operasi yang berbeda lebih mudah di beberapa arsitektur daripada yang lain.

Untuk mendapatkan sesuatu yang lebih mirip dengan bagaimana kita biasanya memprogram komputer klasik seseorang perlu semacam pipa kompilasi , memetakan komputasi yang diberikan, diekspresikan dalam bahasa tingkat tinggi abstrak, hingga ke detail perangkat keras spesifik dari arsitektur yang diberikan. Ini masih dalam proses, tetapi ada orang yang bekerja ke arah ini. Sebuah karya yang relevan yang terlintas dalam pikiran adalah 1604.01401 . Berikut ini pipa yang diusulkan dalam makalah ini:

Secara teori, memiliki rangkaian perangkat lunak yang mengimplementasikan pipa semacam itu akan memungkinkan untuk menulis kode abstrak dan secara otomatis dikompilasi untuk bekerja pada, katakanlah, chip superkonduktor serta komputer kuantum optik atau perangkap ion.

Dalam praktiknya, ada begitu banyak hal yang masih berjalan (pertama-tama bagaimana cara benar-benar membuat komputer kuantum yang dapat diskalakan) sehingga sulit untuk mengatakan bagaimana skema tersebut akan bekerja.