У сфері квантової обробки інформації поведінка кубітів, фундаментальних одиниць квантової інформації, регулюється принципами суперпозиції та заплутаності. Коли два кубіти переплутані, стан одного кубіта стає залежним від стану іншого, незалежно від відстані, що їх розділяє. Це явище дозволяє створювати потужні квантові алгоритми та протоколи, які перевершують свої класичні аналоги.
У системі з двох кубітів вимірювання першого кубіта дійсно може згорнути його стан до певного значення, порушуючи суперпозицію, в якій він був спочатку. Однак загальна система з двох кубітів все ще може залишатися в квантовій суперпозиції, якщо вимірювання не виконується. на другому кубіті. Це пов’язано з заплутаною природою кубітів, коли результат вимірювання одного кубіта надає інформацію про інший кубіт без безпосереднього руйнування його стану.
Щоб проілюструвати цю концепцію, розглянемо двокубітну систему в стані Белла:
[ frac{1}{sqrt{2}}(|00rangle + |11rangle) ]Якщо ми виміряємо перший кубіт і отримаємо результат «0», стан усієї системи руйнується до:
[ |00діапазон]Однак другий кубіт все ще знаходиться в суперпозиції станів, оскільки загальний стан системи є лінійною комбінацією базових станів. Таким чином, двокубітна система дійсно може залишатися в квантовій суперпозиції навіть після вимірювання одного з кубітів, якщо вимірювання не виконується на іншому кубіті.
Ця властивість є вирішальною в квантовій обробці інформації, оскільки вона дозволяє реалізувати двокубітові вентилі, які маніпулюють кубітами, зберігаючи їхнє заплутування та суперпозицію. Двокубітові вентилі, такі як вентиль CNOT або вентиль контрольованої фази, використовують цю заплутаність для виконання операцій, які є принципово квантовими за своєю природою, і дозволяють виконувати квантові алгоритми, такі як алгоритм Шора або алгоритм пошуку Гровера.
Вимірювання одного кубіта в системі з двома кубітами може згорнути стан цього кубіта, але не обов’язково згорне всю систему, якщо інший кубіт залишається невиміряним. Це збереження квантової суперпозиції є ключовою особливістю обробки квантової інформації та використовується при розробці квантових алгоритмів і протоколів.
Інші останні запитання та відповіді щодо Основи квантової інформації EITC/QI/QIF:
- Як працює квантовий вентиль заперечення (квантовий НЕ або ворота Pauli-X)?
- Чому ворота Адамара є самооборотними?
- Якщо виміряти 1-й кубіт стану Белла в певному базисі, а потім виміряти 2-й кубіт в базисі, повернутому на певний кут тета, ймовірність того, що ви отримаєте проекцію на відповідний вектор, дорівнює квадрату синуса тета?
- Скільки біт класичної інформації знадобиться для опису стану довільної суперпозиції кубіта?
- Скільки вимірів має простір у 3 кубіти?
- Чи вимірювання кубіта зруйнує його квантову суперпозицію?
- Чи можуть квантові ворота мати більше входів, ніж виходів, як і класичні ворота?
- Чи включає універсальне сімейство квантових воріт ворота CNOT і ворота Адамара?
- Що таке експеримент із подвійною щілиною?
- Чи обертання поляризаційного фільтра еквівалентно зміні основи вимірювання поляризації фотонів?
Більше запитань і відповідей дивіться в Основах квантової інформації EITC/QI/QIF