動的の観点から、量子ゲートはどのように実現されますか？

量子回路の観点から計算を表現する場合、ゲート、つまり（通常）ユニタリ進化を利用します。

ある意味では、これらは状態に対して「魔法の」個別の操作を実行するという点で、むしろ神秘的なオブジェクトです。それらは本質的にブラックボックスであり、その内部の仕組みは、量子アルゴリズムの研究中にしばしば扱われません。しかし、それは量子力学の仕組みではありません。状態はシュレディンガーの方程式に従って連続的に進化します。

言い換えると、量子ゲートと操作について話すとき、前述の進化を実現する動的（つまり、ハミルトニアン）を無視します。これは、ゲートが実験アーキテクチャで実際に実装される方法です。

1つの方法は、ゲートを基本的な（特定の実験アーキテクチャで）ものに分解することです。これが唯一の方法ですか？そのような「基本」ゲートについてはどうですか？それらを実装するダイナミクスは通常どのように見つかりますか？

一般的に、量子ゲートの実現には、2レベルシステムのコヒーレントな操作が含まれます（ただし、これはおそらく新しいことではありません）。たとえば、トラップされた原子で2つの長寿命電子状態（中性または真空でイオン化）を使用し、印加電界を使用して単一キュービット操作を実装できます（トラップイオンまたは光学格子などを参照）。

あるいは、超伝導量子ビットやシリコン欠陥量子ビットのような半導体ソリューションがあり、これらは高周波電子工学によって対処されています。マイクロ波でアドレス指定された核スピンサブレベル、またはダイヤモンド内の窒素空格子点セルを使用できます。共通点は、キュービットの操作と結合が適用されたライトフィールドを介して行われることです。これらのシステムのレベル間隔を調整して、単一スピンアドレス指定を有効にしたり、寿命を操作したりするためのさまざまな方法があります。

実装からハミルトニアンへの変換は明らかにシステムの選択に依存しますが、最終的には最終的にすべてパウリ行列に戻ります。ライトフィールドは、シングルキュービット演算で非対角要素を提供しますが、2キュービット演算はより複雑で、技術は実装に大きく依存します。