Controllo degli stati quantici con segnali a microonde
Lo stato energetico di un qubit può essere controllato con segnali esterni a microonde. Una sfera di Bloch illustra questo processo (Figura, a destra). Gli stati logici uno e zero si trovano ai poli nord e sud della sfera di Bloch. Ogni altro punto sulla superficie della sfera corrisponde a uno stato di sovrapposizione. Lo stato attuale è indicato dal cosiddetto vettore di stato. L'interazione con un segnale a microonde risonante causa la rotazione del vettore di stato nella sfera di Bloch.
Per eseguire operazioni di calcolo affidabili con i qubit, questa rotazione deve essere controllata con grande precisione in base alla lunghezza dell'impulso, all'ampiezza del segnale a microonde e all'inviluppo dell'impulso di controllo. La cosiddetta fase relativa dell'impulso di controllo influenza l'asse di rotazione dello stato del qubit nella sfera di Bloch. Quando al qubit vengono applicati impulsi con la stessa fase, lo stato ruota sempre, ad esempio sull'asse delle ascisse. Se un impulso viene sfasato di 90°, il vettore di stato ruoterà sull'asse delle ordinate.
Requisiti della sorgente di segnale
I generatori di forme d'onda arbitrarie sono sorgenti di segnali di controllo affidabili e flessibili. Insieme a sorgenti e miscelatori a microonde, è possibile generare gli impulsi giusti alla giusta frequenza del qubit. Grazie alla regolazione precisa della fase dell'impulso di controllo in tempo reale e al controllo esatto degli inviluppi, è possibile raggiungere in qualsiasi momento qualsiasi punto di destinazione desiderato su una sfera di Bloch da qualsiasi punto di partenza.
A differenza delle operazioni di calcolo convenzionali con un'elevata tolleranza agli errori, i computer quantistici si basano su una precisa calibrazione degli impulsi di controllo. Anche minime deviazioni nella rotazione (una rotazione eccessiva dello stato quantico dell'1%) possono alterare l'operazione quantistica risultante. Errori simili si verificano con un controllo di fase impreciso. Gli strumenti di controllo per i computer quantistici devono quindi avere un'elevata stabilità di fase e di ampiezza. Le fasi degli impulsi di controllo sono regolate dalle componenti in fase e in quadratura dell'impulso memorizzato sul generatore di forme d'onda arbitrarie.