量子比特:既不是同时处于0和1的状态,也不是薛定谔的猫效应,只是充满噪声的信号罢了

《IEEE Microwave Magazine》:The Qubits: Neither Simultaneous Zero and One nor Schr?dinger’s Cat, Just Noise and Noisy Signals

【字体: 时间:2025年11月25日 来源:IEEE Microwave Magazine 2.6

编辑推荐:

  量子计算中的量子噪声特性及电气工程实现方法研究。针对电气工程师理解量子比特设计的难点,提出超导透射器物理量描述类比通信噪声的观点,阐明量子噪声(基于哥本哈根解释)在概率分布、叠加态信噪比提升(随参与态数增加)等方面的独特性质,并从电气工程角度分析控制与读取机制。

  

摘要:

大多数关于量子计算及其核心组成部分——量子比特(qubit)的出版物都依赖于量子理论并使用其术语。因此,对于电气工程师来说,完全理解量子比特的概念以及它们是如何设计、控制、读取和用于计算的并不容易。本文的主要目的是说明,描述超导transmon(最常用的微波实现形式的量子比特)的物理量实际上只是噪声信号,类似于在移动通信和卫星通信中遇到的噪声。量子比特中的噪声(以下简称“量子噪声”)与热噪声等噪声类型在本质上是不同的。与已被广泛研究的热噪声不同,基于量子理论哥本哈根解释的量子噪声具有许多有利特性:它遵循精确的概率分布,并且能够发生相干干涉,使得多个量子噪声源叠加后可以产生具有任意信噪比的噪声信号。特别是,所谓的“稳态”(stationary states)单独来看类似于纯噪声信号;然而,当至少有两个稳态叠加时,所产生的噪声信号的信噪比会提高。此外,本文还将从电气工程的角度来探讨量子比特的激发(控制)和读取过程。
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