Квантовий вентиль заперечення, який у квантових обчисленнях часто позначають як X-ґейт, є фундаментальним однокубітним вентилем, який відіграє вирішальну роль у квантовій обробці інформації. Розуміння того, як вентиль X працює на стані суперпозиції кубіта, є важливим для розуміння основ квантового обчислення.
У квантових обчисленнях кубіт може існувати в суперпозиції станів, що представляє комбінацію як класичних станів 0, так і 1 одночасно. Стан суперпозиції кубіта зазвичай представляється як α|0⟩ + β|1⟩, де α і β є амплітудами ймовірності, а |0⟩ і |1⟩ є базовими станами. Коли квантовий вентиль, такий як X-ворот, діє на кубіт у суперпозиції, він перетворює стан кубіта на основі його визначеної операції.
Ворота X — це ворота Pauli-X, які виконують операцію перевертання бітів у стані кубіта. Математично дію вентиля X на кубіт у стані суперпозиції можна представити наступним чином:
X(α|0⟩ + β|1⟩) = α|1⟩ + β|0⟩
Це перетворення вказує на те, що вентиль X перевертає амплітуди базових станів |0⟩ та |1⟩, фактично змінюючи знак суперпозиції кубіта. Амплітуди ймовірностей α і β залишаються незмінними за величиною, але змінюють положення, що призводить до трансформації стану кубіта.
Щоб проілюструвати цю концепцію далі, розглянемо кубіт спочатку в стані |ψ⟩ = 0.6|0⟩ + 0.8|1⟩. Застосування вентиля X до цього кубіта призводить до наступного перетворення:
X(|ψ⟩) = X(0.6|0⟩ + 0.8|1⟩) = 0.6|1⟩ + 0.8|0⟩
Таким чином, застосування вентиля X змінює знак суперпозиції кубіта, міняючи місцями коефіцієнти базисних станів |0⟩ та |1⟩.
Ворота квантового заперечення, представлена вентилем X, змінює знак суперпозиції кубіта, перевертаючи амплітуди ймовірностей базових станів |0⟩ та |1⟩. Розуміння впливу квантових воріт на стани кубітів має важливе значення для розробки квантових алгоритмів і ефективного виконання завдань квантової обробки інформації.
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