Кроме того, вне квантовой физики: описываются ли булевской логикой случайные процессы и как связана теория вероятности с этой самой логикой?

Ок, упростим. Достаточно ли бинарных булевских функций (да, нет, и, или...) для описания поведения, скажем, спинов двух взаимодействующих электронов?

квантовый компьютер, если таковой удастся соорудить, будет работать на булевской логике или нет?

В целом, насколько понимаю, квантовый комп будет соблюдать булевую логику с тем отличием, что (ку)биты могут одновременно пребывать в обычно взаимоисключающихся состояниях 0 и 1, одновременно будут да и нет и т.д. Дело в том, как использовать это смешение (суперпозицию) любых возможных результатов для вытягивания правильного/искомого.

мало что знаю про квантовый компьютер, но думаю, что скорее нет чем да. Основные квантовые операции (gate, на компьютерном жаргоне) сильно отличаются от основных операций булевой алгебры, см.
en.wikipedia.org/wiki/Quantum_gate

если состояний больше чем 2, то это уже не булевская логика.

есть ли принципиальное условие, что элементарная ячейка квантового компьютера именно кубит?

Спасибо, интересно. Не очень понял про Toffoli gate. Там три состояния?

Значит ли это, что квантовый компьютер базируется на логике с тремя состояниями?

(можно ли выразить квантовые гейты при помощи суперпозиции булевских гейтов и наоборот?)

По-видимому да, потому и говорим, что булева (2-ичная) логика все еще держится, хоть и с ужимкой выше

Меня удивило, что недавно в журнале Scientific American (рус. В Мире Науки) написали, что квантовые компы принесут заметный выигрыш в быстродействии лишь для небольшого класса подходящих задач

заметный выигрыш в быстродействии будет если вычисления можно хорошо распараллелить

если состояний больше чем два, то логика не булевская по определению

у кубита два основных (собственных) состояния |0 и |1, и бесконечно много составных состояний, которые есть суперпозиции |0 и |1

да, думаю, что лучше было бы перенести эту дискуссию туда

Vladimirovich -- инквизитор!

Как бы все-таки понять эти эксперименты по квантовому энтанглементу на расстоянии в несколько километров без оптоволокна... мне непонятно, что там физически происходит, что измеряется, и как доказывается энтанглемент.

Нет принципиальной разницы между энтанглментом на сколь угодно больших расстояниях и, скажем, химической связью атомов и молекул. Можно измерять любые параметры волновой функции двух или более частиц, которые пребывают в состоянии энтанглмента. ДО измерения значения параметров для обеих частиц попросту не существуют; значения эти создаются, приобретают существование во время измерения, притом для обеих частиц одновременно (это и есть корреляция), несмотря на сколь угодно большое расстояние между ними. Точно также электроны не существуют нигде (до измерения) в пределе облака/орбитали химической связи; измерение не находит, а бросает их в некоторые места в пределах облака/орбитали. Если присматрется, то можно заметить, что статистика мночисленных измерений несовместима (так называемые неравенства Белла) со существованием ДО измерений каких бы то ни было значений параметров (местонахождения частицы, импульса, спина, поляризации и т.д.). Именно фактической статистикой доказывается энтанглмент, имевший место ДО получения этой статистики.

Reconstruction of non-classical cavity field states with snapshots of their decoherence
Samuel Delйglise1, Igor Dotsenko1,2, Clйment Sayrin1, Julien Bernu1, Michel Brune1,
Jean-Michel Raimond1 Serge Haroche1,2
The state of a microscopic system encodes its complete quantum description, from which the probabilities of all measurement outcomes are inferred. Being a statistical concept, the state cannot be obtained from a single system realization. It can be reconstructed1 from an ensemble of copies, by performing measurements on different realizations2-4. Reconstructing the state of a set of trapped particles shielded from their environment is an important step for the investigation of the quantum to classical boundary5. While trapped atom state reconstructions6-8 have been achieved, it is challenging to perform similar experiments with trapped photons which require cavities storing light for very long times. Here, we report the complete reconstruction and pictorial representation of a variety of radiation states trapped in a cavity in which several photons survive long enough to be repeatedly measured. Information is extracted from the field by atoms crossing the cavity one by one. We exhibit a gallery of pictures featuring coherent states9, Fock states with a definite photon number and Schrцdinger cat states which are superpositions of coherent states with different phases10. These states are equivalently represented by their density matrices in the photon-number basis or by their Wigner functions, which are distributions of the field complex amplitude11. Quasi-classical coherent states have a Gaussian-shaped Wigner function while Fock and Schrцdinger cat Wigner functions show oscillations and negativities revealing quantum interferences. Cavity damping induces decoherence which quickly washes out the Wigner functions oscillations5. We observe this process and realize movies of decoherence by reconstructing snapshots of Schrцdinger cat states at successive times. Our reconstruction procedure is a useful tool for further decoherence and quantum feedback studies of fields trapped in one or two cavities.

Пешеход с улицы сможет увидеть квантовый энтанглмент

допустим мы запустили фотон. между двумя канарскими островами. какова вероятность что он пролетит 144 км и не произойдет рассеяние света в воздухе?

Experiments with single atoms in a cabity: entanglement,
Schrdinger's cats and decoherence

S. Haroche, M. Brune and J. M. Raimond

We perform experiments with Rydberg atoms crossing one at a time a superconducting
cavity containing a few microwave photons. The coupling between the atoms and
the cavity eld is either resonant or dispersive. In the resonant case, quantum Rabi
oscillations induced by the vacuum or by a small coherent eld are observed. These
signals reveals in a striking way the quantization of the eld. Quantum Rabi oscillations
are also used to prepare Fock states of radiation, to transfer information or to
produce entanglement between two successive atoms crossing the cavity. Dispersive
atom{eld coupling is used to prepare and probe coherent superpositions of eld
states with dierent phases (Schrodinger cat states). The progressive decoherence of
these states is observed. These experiments constitute fundamental tests of quantum
theory and shed light on the transition from quantum to classical in mesoscopic
systems.

Предмет настолько большой, что можно видеть невооружённым глазом (состоит из 10 трилльонов атомов) заставили побывать в двух местах одновременно

Macro-Weirdness: Quantum Microphone Puts Naked-Eye Object in 2 Places at Once

PORTLAND, Ore.—What's the sound of one molecule clapping? Researchers have demonstrated a device that can pick up single quanta of mechanical vibration similar to those that shake molecules during chemical reactions, and have shown that the device itself, which is the width of a hair, acts as if it exists in two places at once—a quantum weirdness feat that so far had only been observed at the scale of molecules.

This is a milestone, says Wojciech Zurek, a theorist at the Los Alamos National Laboratory in New Mexico. It confirms what many of us believe, but some continue to resist—that our universe is 'quantum to the core'.

Physicists have long known that, following the laws of quantum mechanics, objects at the scale of atoms or smaller can exist in multiple simultaneous states. For example, a single electron can move along multiple different paths or an atom can be placed in two different places, simultaneously. This so-called superposition of states should in principle apply to larger objects, as well, as in the proverbial thought experiment in which a cat is simultaneously dead and alive. And in recent years various teams have shown that the weird phenomenon does occur among objects as big as molecules, and also in truly macroscopic systems such as electrical currents in superconductors.

In the new experiment Aaron O'Connell, a graduate student at the University of California, Santa Barbara, and his co-workers have shown for the first time that larger objects can also be in two places at once. It tells us that quantum mechanics works for macroscopic objects in space, says O'Connell, who presented the results here at a meeting of the American Physical Society. The results were also published online Wednesday in Nature. (Scientific American is part of Nature Publishing Group.)

The team used computer-chip manufacturing techniques to create a mechanical resonator—akin to a small tuning fork. The device is a piece of piezoelectric material (a material that expands or contracts in the presence of an electric field as well as generates an electrical field when put under stress) sandwiched between two layers of aluminum, which act as electrodes. It is one micron thick and 40 microns long, just enough to be visible with your naked eye, O'Connell says.

The resonator's electrodes are attached to an electronic readout based on superconducting circuits, and the whole contraption is kept in a vacuum and cooled to within 20 thousandths of a degree above absolute zero. But the electronic circuitry can also be used to apply a voltage to the electrodes, so that the team can get the resonator to expand and contract at will. This motion takes place at a characteristic, or resonant, frequency of six gigahertz, or six billion cycles per second. (Tuning forks also have a resonant frequency—in the order of kilohertz—but the mode of resonant vibration in that case is to oscillate sideways rather than to expand and contract.)

The team's first result was to show that at such chilly temperatures the width, or amplitude, of the resonator's vibration becomes quantized—in other words, there is a small amount of vibrational energy, called a phonon, below which the resonator is essentially still. The existence of discrete packets of energy is a hallmark of quantum behavior, and phonons are the mechanical equivalent of light's photons—they are the ultimate, indivisible quanta of vibration, whether thermal or acoustic.

Next, the team put the superconducting circuit into a superposition of two states, one with a current and the other one without. Correspondingly, the resonator was in a superposition of vibrating and not vibrating. These quantum states continued for about six nanoseconds—about as long as the team expected—before fading away.

In a vibrating state each atom in the resonator only moves by an extremely small distance—less than the size of the atom itself. Thus, in the superposition of states the resonator is never really in two totally distinct places. But still, the experiment showed that a large object (the resonator is made of about 10 trillion atoms) can display just as much quantum weirdness as single atoms do. Yup, quantum mechanics still works, says U.C.S.B.'s Andrew Cleland, O'Connell's co-author and adviser. As to how the day-to-day reality of objects that we observe, such as furniture and fruit, emerges from such a different and exotic quantum world, that remains a mystery.

In addition to its theoretical implications, the device could also find applications in the study of phonons that occur in nature, because a phonon that perturbs the resonator can be detected through the electronic circuit—it is essentially a quantum microphone. This is a fantastically sensitive detector of acoustic vibration, Cleland says. In principle, one could even place molecules on the resonator and hear them interact, chemically or otherwise.