Nederlands
Menu

Hardware voor kwantumcomputers

Leer met meerkeuzevragen over superpositie en meting van qubits, verstrengeling, berekeningen met kwantumpoorten zoals X, H, Z en CNOT, T1, T2 en poortfideliteit, kwantumfoutcorrectie en de surface code, de supergeleidende (transmon), ionenval-, neutraal-atoom-, siliciumspin- en fotonische platformen, en verdunningskoelers en besturings- en uitleeselektronica. Ook het algoritme van Shor en post-kwantumcryptografie komen aan bod.

Oefen 10 vragenWillekeurige vragen uit dit onderwerp · ongeveer 5 minuten Dit onderwerp oefenenAlle vragen over dit onderwerp in willekeurige volgorde Zwakke vragenAlleen de laatst fout beantwoorde vragen opnieuw oefenen

Hardware voor kwantumcomputers: kernpunten

Een kwantumcomputer rekent met superposities van 0 en 1 en met kwantumverstrengeling. Zijn prestaties worden niet alleen bepaald door het aantal qubits, maar ook door de foutkansen van de poorten, hoe lang kwantumtoestanden behouden blijven (de coherentietijd), hoe de qubits met elkaar verbonden zijn en hoeveel qubits voor kwantumfoutcorrectie kunnen worden ingezet.

Na het controleren van qubittoestanden, meetkansen en het effect van kwantumpoorten met kleine berekeningen leert u over T1, T2 en fideliteit en over de ideeën achter de surface code en zijn drempel. Daarna komen de hardware-uitdagingen bij opschaling aan bod: de sterke en zwakke punten van supergeleidende qubits op basis van Josephson-juncties, ionenvallen, neutrale atomen, spinqubits in silicium die gebruik kunnen maken van CMOS-fabricage, en fotonische qubits; verdunningskoelers die tot ongeveer 10 mK koelen; besturing met microgolven en dispersieve uitlezing; en cryo-CMOS en de warmtebelasting van de bedrading. Waarom het algoritme van Shor publieke-sleutelcryptografie bedreigt, en post-kwantumcryptografie als antwoord daarop, worden ook behandeld in verband met de omvang van de hardware die ze vereisen.

Alle vragen over Hardware voor kwantumcomputers (40)
  1. Welke uitspraak over een qubit is juist?
  2. Een qubit bevindt zich in de toestand (√3/2)|0⟩ + (1/2)|1⟩. Wat is de kans om bij een meting 1 te krijgen?
  3. Welke toestand stelt een punt op de evenaar voor als de toestand van één qubit op de blochbol wordt weergegeven?
  4. Hoeveel waarschijnlijkheidsamplitudes (complexe getallen) zijn nodig om een algemene toestand van een systeem van 10 qubits te beschrijven?
  5. De toestandsvector (alle waarschijnlijkheidsamplitudes) van 50 qubits wordt in het geheugen van een klassieke computer opgeslagen als complexe getallen in dubbele precisie van elk 16 bytes. Welke waarde ligt het dichtst bij het benodigde geheugen?
  6. Twee qubits bevinden zich in de verstrengelde toestand (|00⟩ + |11⟩)/√2. Welke uitspraak is juist?
  7. Welke beschrijving van de werking van een X-poort op één qubit is juist?
  8. Op een qubit in de toestand |0⟩ wordt één keer een hadamardpoort (H) toegepast, waarna de qubit wordt gemeten. Wat is de kans om 1 te krijgen?
  9. Uitgaande van de twee-qubittoestand |00⟩ (het linkercijfer is de eerste qubit) wordt een H-poort op de eerste qubit toegepast, gevolgd door een CNOT-poort met de eerste qubit als controlebit en de tweede als doelbit. Wat is de resulterende toestand?
  10. De poorten H, Z en H worden in die volgorde toegepast op een qubit in |0⟩, waarna de qubit wordt gemeten. Wat is de kans om 1 te krijgen?
  11. Waarom kan kwantumfoutcorrectie niet zomaar de klassieke aanpak gebruiken om drie kopieën van de gegevens te maken en een meerderheidsstemming te houden?
  12. Welke beschrijving van de energierelaxatietijd T1 van een qubit is juist?
  13. Welke beschrijving van het verband tussen de defaseringstijd T2 en de energierelaxatietijd T1 van een qubit is juist?
  14. Een schakeling gebruikt 100 keer achter elkaar een twee-qubitpoort met een fideliteit van 99,5% per bewerking (een foutkans van 0,5%). Welke waarde ligt het dichtst bij de kans dat er helemaal geen fout optreedt, als fouten onafhankelijk van elkaar optreden?
  15. Wat is de meest passende reden dat de prestaties van kwantumcomputers niet alleen op hun aantal qubits kunnen worden vergeleken?
  16. Welk element is onmisbaar om een supergeleidende qubit (transmon) als qubit te laten werken?
  17. Wat is de belangrijkste reden dat supergeleidende qubits in een verdunningskoeler tot ongeveer 10 tot 20 mK worden afgekoeld?
  18. Welke waarde ligt bij een supergeleidende qubit met een frequentie van 5 GHz het dichtst bij het energieverschil hf tussen |0⟩ en |1⟩, uitgedrukt als temperatuur hf/k_B? Gebruik de constante van Planck h = 6,63×10⁻³⁴ J·s en de constante van Boltzmann k_B = 1,38×10⁻²³ J/K.
  19. Een qubit met een frequentie van 5 GHz (hf/k_B ≈ 0,24 K) is in thermisch evenwicht bij een effectieve temperatuur van 50 mK. Welke waarde ligt het dichtst bij de verhouding van de kansen om in |1⟩ en in |0⟩ te zijn, exp(−hf/k_B T)?
  20. Bij een transmon is de frequentie van de overgang |0⟩→|1⟩ gelijk aan 5,0 GHz en de anharmoniciteit (de frequentie van |1⟩→|2⟩ min die van |0⟩→|1⟩) −200 MHz. Wat is de frequentie van de overgang |1⟩→|2⟩?
  21. Welke van de factoren die de energierelaxatietijd T1 van supergeleidende qubits beperken, hangt het nauwst samen met fabricageprocessen zoals depositie van dunne lagen en oppervlaktebehandeling?
  22. Een qubit wordt geroteerd met microgolfpulsen die zijn afgestemd op de resonantiefrequentie, en de Rabi-frequentie (de frequentie van één heen-en-weergang tussen |0⟩ en |1⟩) is 10 MHz. Hoe lang is de π/2-puls die |0⟩ omzet in een superpositie waarin de amplitudes van |0⟩ en |1⟩ even groot zijn?
  23. Welke beschrijving van dispersieve uitlezing, die veel wordt gebruikt om supergeleidende qubits uit te lezen, is juist?
  24. Wat is het belangrijkste doel van frequentiemultiplexing bij het uitlezen van supergeleidende qubits, waarbij meerdere uitleesresonatoren met verschillende frequenties op één transmissielijn worden aangesloten?
  25. Welke waarde ligt het dichtst bij het minimale vermogen dat volgens de Carnot-limiet nodig is om 1 µW warmte uit een trap van 10 mK weg te pompen en af te voeren bij 300 K?
  26. Welke beschrijving van een verandering in de eigenschappen van MOSFET's bij lage temperatuur, waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp van cryo-CMOS-schakelingen die de besturingselektronica van qubits bij ongeveer 4 K laten werken, is juist?
  27. Welke beschrijving van een kwantumcomputer met ionenvallen is juist?
  28. Welke vergelijking van supergeleidende platformen en platformen met ionenvallen is het meest passend?
  29. Welke beschrijving van een kwantumcomputer met neutrale atomen is juist?
  30. Wat is de belangrijkste reden dat van spinqubits in silicium wordt verwacht dat ze geschikt zijn voor grootschalige systemen?
  31. Waarom wordt voor spinqubits in silicium silicium gebruikt dat verrijkt is met de isotoop ²⁸Si (isotopisch gezuiverd silicium)?
  32. Welke beschrijving van fotonische kwantumcomputers, die fotonen als qubits gebruiken, is juist?
  33. Een geroteerde surface code met codeafstand d gebruikt voor één logische qubit d² fysieke dataqubits en d² − 1 fysieke meetqubits die op fouten controleren. Hoeveel fysieke qubits heeft één logische qubit nodig bij d = 15?
  34. Stel dat de logische foutkans p_L van een surface code kan worden benaderd als p_L ∝ (p/p_th)^((d+1)/2), met de fysieke foutkans p, de drempel p_th en de codeafstand d. Welke waarde ligt bij p = 0,1% en p_th = 1% het dichtst bij de verhouding van de logische foutkansen als d van 5 naar 9 wordt verhoogd (de waarde bij d = 5 gedeeld door de waarde bij d = 9)?
  35. Welke beschrijving van het type kwantumcomputer dat NISQ wordt genoemd, is juist?
  36. Welke waarde ligt het dichtst bij de orde van het aantal zoekvragen (orakelaanroepen) dat het algoritme van Grover nodig heeft om in 1 miljoen ongeordende gegevens het ene item te vinden dat aan een voorwaarde voldoet?
  37. Van welke cryptografie wordt verwacht dat de veiligheid door het algoritme van Shor ernstig wordt ondermijnd zodra grote fouttolerante kwantumcomputers zijn gebouwd?
  38. Wat is de meest passende hoofdreden dat kwantumcomputers van midden jaren 2020 RSA-2048 niet met het algoritme van Shor kunnen kraken?
  39. Welke beschrijving van post-kwantumcryptografie (PQC) is juist?
  40. Wat is de meest passende reden om de migratie naar post-kwantumcryptografie te versnellen, ook al bestaan er nog geen grote kwantumcomputers?

Andere onderwerpen in Componenten