logic - 物理量子位和逻辑量子位有什么区别？

Question

物理量子位和逻辑量子位有什么区别？

我希望有人能帮助我解决这个问题，我无法弄清楚到底有什么区别。

最好的，迪尔玛

Answer 1

逻辑量子位是可以用于编程的，它保存了 |0> 和 |1> 状态的叠加。它可以通过在台式机或笔记本电脑中的普通二进制 CPU 上运行的模拟器来实现，让您开发和调试量子算法。 ( Representing an n-qubit quantum state takes 2ⁿ-1 complex numbers. 如果舍入误差没问题，模拟器可能会使用固定宽度的整数或浮点表示。)

物理量子位是量子位的实际量子实现。维基百科有各种可能性的表格:https://en.wikipedia.org/wiki/Qubit#Physical_representation .例如，可以具有自旋向上/自旋向下状态叠加的电子。

真正的物理量子位会遭受不必要的退相干。如果您直接将它们用作逻辑量子位，这是一个问题。相反，您可以在多个物理量子位之上实现一个逻辑量子位以获得冗余。

From Quantum Error Correction for Beginners, Devitt, Munro, and Nemoto (2013).

THE 3-QUBIT CODE: A GOOD STARTING POINT FOR QUANTUM ERROR CORRECTION

...

The 3-qubit code encodes a single logical qubit into three physical qubits with the property that it can correct for a single, σ_x, bit-flip error.

The two logical basis states |0>_L and |1>_L are defined as

|0>L = |000>, |1>L = |111> 

那篇论文接着描述了可以处理更多错误的其他纠错方案。

我自己在论文中几乎没有看过更多内容，但这听起来与经典的故障安全冗余计算非常相似，您可以通过使用 triple redundancy and taking the 2 results that agree. 来纠正硬件故障/宇宙射线故障。您可以在每比特级别上执行此操作以进行纠错，尤其是在宇宙射线会翻转比特的太空飞行等高误差环境中。

您还可以构建和编程 3 台独立的计算机(来自不同制造商的不同硬件，软件由彼此不交流的团队编写)。仅比较相同输入的最终结果。这就是你想要的 for airliner fly-by-wire control systems, and manned space flight .

无论如何，我们在这里跑题了，但我希望这个类比有助于理解 的想法。使用多个不可靠的物理计算来产生一个(多个)可靠的逻辑计算 .

这与我们使用现代 NAND 闪存存储所做的相反。不是每个单元只使用一位(低电压或高电压)， https://en.wikipedia.org/wiki/Multi-level_cell闪存使用 4 或 8 个电压电平来存储每个单元的 2 或 3 位。 (或者我猜 3 个级别可以使用编码方案在多个单元中存储每个单元总数超过 1 位。)

并不是你想要(去相干是一个足够的问题，而无需尝试为每个物理事物打包更多的逻辑位)，但某些量子系统可能会做到这一点。维基百科给出了一个非线性振荡器的例子，其中一个能级是基态，另一个能级是第一激发态。使用第二和第三激发态可以让你在其中存储 2 个量子位。但是就像我说的，这在实际系统中没有用。