Bramka Controlled-NOT (CNOT) to podstawowa dwukubitowa bramka kwantowa, która odgrywa kluczową rolę w przetwarzaniu informacji kwantowej. Jest to niezbędne do splątania kubitów, ale nie zawsze prowadzi do splątania kubitów. Aby to zrozumieć, musimy zagłębić się w zasady obliczeń kwantowych i zachowanie kubitów podczas różnych operacji.
W obliczeniach kwantowych kubity mogą istnieć w stanach superpozycji, reprezentujących jednocześnie 0 i 1. Stosując bramki jednokubitowe, takie jak bramka Pauliego-X lub bramka Hadamarda, do kubitu w stanie superpozycji, może to zmienić amplitudy prawdopodobieństwa stanów bez splątania kubitu z innym. Oznacza to, że bramki jednokubitowe mogą manipulować stanem kubitu bez tworzenia splątania z innymi kubitami.
Z drugiej strony bramka CNOT działa na dwa kubity, zwykle określane jako kubit kontrolny i kubit docelowy. Bramka CNOT odwraca stan docelowego kubitu wtedy i tylko wtedy, gdy kubit kontrolny jest w stanie |1⟩. Operacja ta powoduje splątanie pomiędzy dwoma kubitami, jeśli kubit kontrolny znajduje się w stanie superpozycji. Gdy kubit kontrolny znajduje się w superpozycji |0⟩ i |1⟩, stanem wynikowym po zastosowaniu bramki CNOT jest stan splątany obu kubitów.
Jeśli jednak kubit kontrolny jest w stanie określonym (albo |0⟩, albo |1⟩), bramka CNOT zachowuje się jak klasyczna bramka XOR i nie splątuje kubitów. W tym przypadku stan wyjściowy można wyrazić jako iloczyn tensorowy poszczególnych stanów kubitów, co oznacza, że nie są one splątane.
Aby zilustrować tę koncepcję, rozważmy przykład, w którym kubit kontrolny znajduje się w stanie |0⟩, a kubit docelowy jest w stanie |+⟩ (stan superpozycji). Zastosowanie bramki CNOT w tym scenariuszu spowodowałoby, że docelowy kubit pozostałby niezmieniony, co pokazuje, że splątanie nie wystąpiło.
Chociaż bramka CNOT jest potężnym narzędziem do splątania kubitów, jej zdolność do splątania kubitów zależy od stanu kubitu sterującego. Kiedy kubit kontrolny znajduje się w stanie superpozycji, bramka CNOT może splątać kubity; w przeciwnym razie zachowuje się klasycznie i nie powoduje splątań.
Inne niedawne pytania i odpowiedzi dotyczące Podstawy informacji kwantowych EITC/QI/QIF:
- Jak działa kwantowa bramka negacji (kwantowa bramka NOT lub bramka Pauliego-X)?
- Dlaczego bramka Hadamarda jest samoodwracalna?
- Jeśli zmierzysz pierwszy kubit stanu Bella w określonej podstawie, a następnie zmierzysz drugi kubit w podstawie obróconej o pewien kąt theta, prawdopodobieństwo, że otrzymasz rzut na odpowiedni wektor jest równe kwadratowi sinusa theta?
- Ile bitów klasycznej informacji byłoby potrzebnych do opisania stanu dowolnej superpozycji kubitów?
- Ile wymiarów ma przestrzeń 3 kubitów?
- Czy pomiar kubitu zniszczy jego superpozycję kwantową?
- Czy bramki kwantowe mogą mieć więcej wejść niż wyjść, podobnie jak bramki klasyczne?
- Czy do uniwersalnej rodziny bramek kwantowych zalicza się bramkę CNOT i bramkę Hadamarda?
- Co to jest eksperyment z podwójną szczeliną?
- Czy obracanie filtra polaryzacyjnego jest równoznaczne ze zmianą podstawy pomiaru polaryzacji fotonów?
Zobacz więcej pytań i odpowiedzi w EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals