Cómo traducir un modelo físico de un fotón / electrón al modelo matemático de un qubit

Usted no

Escúchame.

Los fotones y los electrones contienen demasiada información (llamada los grados de libertad ) para que podamos codificar en la pequeña memoria de un qubit (después de todo, es un bit cuántico , y solo un bit ).

Lo que prefiere hacer es codificar un tipo específico de información sobre el electrón y el fotón: la información sobre sus grados de libertad de giro y polarización (respectivamente). Tomemos el electrón como ejemplo:

Primero se infirió que los electrones tienen espín utilizando el experimento Stern-Gerlach que mostró que el espín de un electrón puede tomar dos valores, arriba y abajo, representados en la mecánica cuántica como [matemáticas] | \ Uparrow \ rangle [/ matemáticas] y [matemáticas ] | \ Downarrow \ rangle [/ math].
(Olvídate del aspecto extraño [matemáticas] | \ rangle [/ matemáticas]; a los físicos les gusta escribir cosas de manera elegante.

Ahora, el giro de un electrón no solo puede tomar los valores [math] | \ Uparrow \ rangle [/ math] y [math] | \ Downarrow \ rangle [/ math] sino también cualquier combinación lineal de ellos (que ingenuamente se traduce en el giro del electrón apuntando en una dirección arbitraria) – escrito como [matemática] \ alpha | \ Uparrow \ rangle + \ beta | \ Downarrow \ rangle [/ math], donde la [matemática] | \ alpha | ^ 2 [/ matemática] y [math] | \ beta | ^ 2 [/ math] son ​​las probabilidades de encontrar el giro del electrón en la dirección [math] | \ Uparrow \ rangle [/ math] y [math] | \ Downarrow \ rangle [/ math] cuando realizas una medición.


Y es esta información la que se almacena en un qubit: etiquetamos el estado [matemáticas] | \ Uparrow \ rangle [/ matemáticas] como [matemáticas] | 0 \ rangle [/ matemáticas] y el estado [matemáticas] | \ Downarrow \ rangle [/ math] como [math] | 1 \ rangle [/ math] y ahora los estados de espín de un electrón se asignan a los estados cuánticos de un qubit!

¡Paz!