¿Por qué se pueden usar fotones como qubits?

He estado estudiando computadoras cuánticas y, aunque me parece evidente cómo se usan los electrones como qubits, a través de su número de espín, no está tan claro qué hace que un fotón sea un candidato viable para ser usado como qubit.

Entiendo cómo funciona el entrelazamiento entre qubits y cómo funcionan las puertas cuánticas (aunque todavía no he investigado las puertas ópticas), ¡pero parece que no puedo entender cómo un fotón podría transportar información!

¿Alguien podría resolver este enigma? ¡Gracias!

Desde un punto de vista geométrico, el espacio de estado para el fotón (de momento fijo) se representa como una esfera de Poincaré (consulte, por ejemplo, spie.org/publications/fg05_p10-11_poincare_sphere?SSO=1 ), que está relacionado con la imagen de la esfera de Bloch para qubits ordinarios.

Respuestas (3)

Un fotón es una partícula de spin-1 sin masa. Esto significa que un fotón tiene exactamente dos estados de espín, al igual que un electrón.

Para cualquiera que se pregunte por qué una "partícula de espín 1" tiene tantos estados como el electrón como una partícula de espín 1/2 y no más, consulte physics.stackexchange.com/q/46643/50583 .
Véase, por ejemplo, "Elección de calibre y solución general a las ecuaciones de movimiento" en la Sec. 4.4 aquí .

Solo para agregar, cualquier sistema que pueda estar en dos estados puede servir como qubit. Entonces, cualquier partícula elemental que tenga dos o más valores de espín puede ser un qubit. Además, se puede usar otro parámetro de una partícula para representar un qubit, por ejemplo, la ubicación (puede tener un electrón y está mirando dónde está colocado).

Los fotones tienen un estado de polarización, llamado polarización circular derecha y polarización circular izquierda.