Ворота Controlled-NOT (CNOT) — це фундаментальні двокубітні квантові ворота, які відіграють вирішальну роль у квантовій обробці інформації. Це важливо для заплутування кубітів, але це не завжди призводить до сплутування кубітів. Щоб зрозуміти це, нам потрібно заглибитися в принципи квантових обчислень і поведінку кубітів під час різних операцій.
У квантових обчисленнях кубіти можуть існувати в суперпозиційних станах, представляючи як 0, так і 1 одночасно. При застосуванні однокубітних вентилів, таких як ворота Pauli-X або ворота Адамара, до кубіта в стані суперпозиції, це може змінити амплітуди ймовірностей станів, не заплутуючи кубіт з іншим. Це означає, що однокубітні ворота можуть маніпулювати станом кубіта, не створюючи зв’язку з іншими кубітами.
З іншого боку, вентиль CNOT діє на два кубіти, які зазвичай називають контрольним кубітом і цільовим кубітом. Шлюз CNOT змінює стан цільового кубіта тоді і тільки тоді, коли контрольний кубіт знаходиться в стані |1⟩. Ця операція призводить до заплутування між двома кубітами, якщо контрольний кубіт знаходиться в стані суперпозиції. Коли керуючий кубіт знаходиться в суперпозиції |0⟩ і |1⟩, результуючий стан після застосування воріт CNOT є заплутаним станом двох кубітів.
Однак, якщо керуючий кубіт знаходиться в певному стані (або | 0⟩, або | 1⟩), вентиль CNOT поводиться як класичний вентиль XOR, і він не заплутує кубіти. У цьому випадку вихідний стан може бути виражений як тензорний добуток окремих станів кубіта, що вказує на те, що вони не переплутані.
Щоб проілюструвати цю концепцію, давайте розглянемо приклад, де керуючий кубіт знаходиться в стані |0⟩, а цільовий кубіт знаходиться в стані |+⟩ (стан суперпозиції). Застосування вентиля CNOT у цьому сценарії призведе до того, що цільовий кубіт залишиться незмінним, показуючи, що заплутування не відбулося.
Хоча ворота CNOT є потужним інструментом для заплутування кубітів, його здатність заплутувати кубіти залежить від стану контрольного кубіта. Коли керуючий кубіт знаходиться в стані суперпозиції, ворота CNOT можуть заплутувати кубіти; в іншому випадку він поводиться класично і не створює заплутування.
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