Cổng CNOT trên Qubits vướng víu


9

Tôi đã cố gắng tạo trạng thái Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) cho các trạng thái bằng cách sử dụng điện toán lượng tử, bắt đầu với (N lần)| 000 ... 000 N|000...000

Giải pháp được đề xuất là trước tiên áp dụng Chuyển đổi Hadamard trên qubit đầu tiên, sau đó bắt đầu một vòng cổng CNOT với qubit đầu tiên của tất cả các cổng khác.

Tôi không thể hiểu làm thế nào tôi có thể thực hiện CNOT ( ) nếu là một phần của một cặp vướng víu, như trạng thái Bell hình thành ở đây sau khi chuyển đổi Hadamard.q 1 B 0q1,q2q1B0

Tôi biết làm thế nào để viết mã cho nó, nhưng theo đại số tại sao phương pháp này đúng và nó được thực hiện như thế nào? Cảm ơn.

Câu trả lời:


3

Tôi không thể hiểu làm thế nào tôi có thể thực hiện CNOT ( ) nếu là một phần của một cặp vướng víu, như trạng thái Bell hình thành ở đây sau khi chuyển đổi Hadamard.q 1 B 0q1,q2q1B0

Chìa khóa là để ý những gì xảy ra với các trạng thái cơ sở tính toán (hoặc, đối với vấn đề đó, bất kỳ tập hợp trạng thái cơ bản hoàn chỉnh nào khác ) khi áp dụng (các) cổng lượng tử có liên quan. Không quan trọng là nhà nước bị vướng mắc hay tách rời. Phương pháp này luôn hoạt động.

Chúng ta hãy xem xét trạng thái Bell bit (của hai qubit và ):A B2AB

|Ψ=12(|00+|11)

| 00 | 11 | 0 Một| 0 B | 1 Một| 1 B | 1 Một| 1 B | 01 | 10 |Ψ được hình thành bởi sự chồng chất tuyến tính bằng nhau của các trạng thái cơ sở tính toán & (có thể được biểu thị là và tương ứng) và . Chúng ta không cần phải lo lắng về hai trạng thái cơ sở tính toán khác: và vì chúng không phải là một phần của chồng chất trạng thái Bell | Ψ . Cổng A CNOT cơ bản flips (tức là không hoặc là một trong hai ánh xạ | 0 ||00|11|0A|0B|1A|1B|1A|1B|01|10|Ψ hay | 1 | 0 ) trạng thái của qubit B trong trường hợpqubit Một là trong tiểu bang | 1 , nếu không nó không làm gì cả.|0|1|1|0B A|1

Vì vậy, về cơ bản CNOT sẽ giữ trạng thái cơ sở tính toán như nó được. Tuy nhiên, nó sẽ chuyển đổi trạng thái cơ sở tính toán | 11 đến | 10 . Từ hành động của CNOT trên | 00 | 11 , bạn có thể suy ra các hành động của CNOT về tình trạng chồng | Ψ bây giờ:|00|11|10|00|11|Ψ

CNOT|Ψ=12(|00+|10)

Chỉnh sửa :

Bạn đề cập trong các ý kiến ​​rằng bạn muốn một trong hai qubit của trạng thái vướng mắc |Ψ để hoạt động như kiểm soát (và các hoạt động KHÔNG sẽ được áp dụng trên một qubit khác nhau, nói ,tùy thuộc vào sự kiểm soát).C

Trong trường hợp đó cũng vậy, bạn có thể tiến hành theo cách tương tự như trên.

Viết trạng thái kết hợp -bit3 :

=1

|Ψ|0C=12(|0A|0B+|1A|1B)|0C
=12(|0A|0B|0C+|1A|1B|0C)

Giả sử là qubit kiểm soát của bạn .B

Một lần nữa, chúng ta sẽ chỉ kiểm tra hành động của CNOT trên các trạng thái cơ sở tính toán (đối với hệ thống 3 qubit) tức là & | 110 . Trong trạng thái cơ sở tính toán | 000 = | 0 Một| 0 B | 0 C thông báo rằng tình trạng của qubit B| 0 và của qubit C| 0 . Vì qubit B ở trạng thái | 0 |000|110|000=|0A|0B|0CB|0C|0B|0, trạng thái của qubit sẽ không được lật. Tuy nhiên, lưu ý rằng trong trạng thái cơ sở tính toán | 110 = | 1 Một| 1 B| 0 C qubit B ở trạng thái | 1 khi qubit C ở trạng thái | 0 . Vì qubit B ở trạng thái | 1 , trạng thái của qubit C sẽ lật sang | 1C|110=|1A|1B|0CB|1C|0B|1C .|1

Vì vậy, bạn kết thúc với nhà nước:

12(|0A|0B|0C+|1A|1B|1C)

Đây là các trạng thái Greenberger-Horne-Zeilinger cho bạn qubit!3


Chúng tôi có thể sử dụng phương pháp này nếu chúng tôi muốn áp dụng CNOT trên một cặp vướng víu. Nhưng tôi không muốn làm điều đó. Điều tôi muốn là, lấy qubit đầu tiên của trạng thái vướng mắc (không thể gọi nó là q1 vì nó không thể tách rời) và áp dụng CNOT trên đó (q1) và khác | 0 > qubit. Nếu có thể xin vui lòng hiển thị phép nhân dạng ma trận. Cảm ơn một lần nữa. B0|0>
Satvik Golechha

@SatvikGolechha Vì vậy mà một trong những bạn xem xét để được kiểm soát qubit (của cổng kiểm soát-KHÔNG): hay "khác nhau | 0 qubit"? Câu trả lời sẽ phụ thuộc vào điều đó. q1|0
Sanchaya Dutta

Tôi đang xem là bit điều khiển. Và khó khăn tôi gặp phải là tôi không thể tách rời q 1 , và do đó không thể thấy cổng CNOT sẽ làm gì với q 1| 0 > . q1q1q1|0>
Satvik Golechha

@SatvikGolechha Cập nhật câu trả lời. OK bây giờ?
Sanchaya Dutta

Cảm ơn nhiều! Sử dụng các thuộc tính sản phẩm của Tensor làm cho tất cả rất rõ ràng, và bây giờ nó vừa vặn rất đẹp. Tôi đã đánh dấu câu trả lời này là chấp nhận.
Satvik Golechha

7

ψ1=|000ψ2=(HII)ψ1=12(|0+|1)|00=12(|000+|100)ψ3=(CNOT12I)ψ2=12(|000+|110)ψ4=(CNOT13I2)ψ3=12(|000+|111)

là bản thân một nhà điều hành trên 2 qubit đưa ra một 4 × 4 ma trận unita. Bạn có thể áp dụng nó vào trạng thái bất kỳ trong C 2C 2 không chỉ những người có dạng q iq j . Chỉ cần viết các hệ số trong cơ sở tính toán, nơi bạn biết phải làm gì theo CNOT i j của điện toán đảo ngược cổ điển. Sau đó, chỉ cần làm theo mũi tuyến tính của bạn.CNOTij24×4C2C2qiqjCNOTij

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.