Вентиль Controlled-NOT (CNOT) — это фундаментальный двухкубитный квантовый вентиль, который играет решающую роль в квантовой обработке информации. Это важно для запутанности кубитов, но не всегда приводит к запутанности кубитов. Чтобы понять это, нам нужно углубиться в принципы квантовых вычислений и поведение кубитов при различных операциях.
В квантовых вычислениях кубиты могут существовать в состояниях суперпозиции, представляя одновременно 0 и 1. При применении однокубитных вентилей, таких как вентиль Паули-X или вентиль Адамара, к кубиту в состоянии суперпозиции, он может изменять амплитуды вероятности состояний, не запутывая кубит с другим. Это означает, что однокубитные вентили могут манипулировать состоянием кубита, не создавая запутанности с другими кубитами.
С другой стороны, вентиль CNOT действует на два кубита, обычно называемые управляющим кубитом и целевым кубитом. Вентиль CNOT меняет состояние целевого кубита тогда и только тогда, когда управляющий кубит находится в состоянии |1⟩. Эта операция приводит к запутанности между двумя кубитами, если управляющий кубит находится в состоянии суперпозиции. Когда управляющий кубит находится в суперпозиции |0⟩ и |1⟩, результирующее состояние после применения вентиля CNOT представляет собой запутанное состояние двух кубитов.
Однако, если управляющий кубит находится в определенном состоянии (либо |0⟩, либо |1⟩), вентиль CNOT ведет себя как классический вентиль XOR и не запутывает кубиты. В этом случае выходное состояние может быть выражено как тензорное произведение отдельных состояний кубита, что указывает на то, что они не запутаны.
Чтобы проиллюстрировать эту концепцию, давайте рассмотрим пример, где управляющий кубит находится в состоянии |0⟩, а целевой кубит — в состоянии |+⟩ (состояние суперпозиции). Применение вентиля CNOT в этом сценарии приведет к тому, что целевой кубит останется неизменным, показывая, что запутанности не произошло.
Хотя вентиль CNOT является мощным инструментом для запутывания кубитов, его способность запутывать кубиты зависит от состояния управляющего кубита. Когда управляющий кубит находится в состоянии суперпозиции, вентиль CNOT может запутывать кубиты; в противном случае он ведет себя классически и не создает запутанности.
Другие недавние вопросы и ответы, касающиеся EITC/QI/QIF Основы квантовой информации:
- Как работает квантовый вентиль отрицания (квантовое НЕ или вентиль Паули-Х)?
- Почему ворота Адамара являются самообратимыми?
- Если измерить 1-й кубит состояния Белла в определенном базисе, а затем измерить 2-й кубит в базисе, повернутом на определенный угол тета, вероятность того, что вы получите проекцию на соответствующий вектор, будет равна квадрату синуса тета?
- Сколько бит классической информации потребуется для описания состояния произвольной суперпозиции кубита?
- Сколько измерений имеет пространство из 3 кубитов?
- Уничтожит ли измерение кубита его квантовую суперпозицию?
- Могут ли квантовые вентили иметь больше входов, чем выходов, как и классические вентили?
- Включает ли универсальное семейство квантовых вентилей ворота CNOT и ворота Адамара?
- Что такое двухщелевой эксперимент?
- Эквивалентно ли вращение поляризационного фильтра изменению основы измерения поляризации фотонов?
Посмотреть больше вопросов и ответов в EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals