Στον τομέα της κβαντικής επεξεργασίας πληροφοριών, η συμπεριφορά των qubits, των θεμελιωδών μονάδων της κβαντικής πληροφορίας, διέπεται από τις αρχές της υπέρθεσης και της εμπλοκής. Όταν μπλέκονται δύο qubit, η κατάσταση του ενός qubit εξαρτάται από την κατάσταση του άλλου, ανεξάρτητα από την απόσταση που τα χωρίζει. Αυτό το φαινόμενο επιτρέπει τη δημιουργία ισχυρών κβαντικών αλγορίθμων και πρωτοκόλλων που ξεπερνούν τα κλασσικά αντίστοιχα.
Σε ένα σύστημα δύο qubit, η μέτρηση του πρώτου qubit μπορεί πράγματι να συμπτύξει την κατάστασή του σε μια καθορισμένη τιμή, σπάζοντας την υπέρθεση στην οποία βρισκόταν αρχικά. Ωστόσο, το συνολικό σύστημα δύο qubits μπορεί να παραμείνει σε μια κβαντική υπέρθεση εάν η μέτρηση δεν πραγματοποιηθεί στο δεύτερο qubit. Αυτό οφείλεται στη μπερδεμένη φύση των qubit, όπου το αποτέλεσμα της μέτρησης ενός qubit παρέχει πληροφορίες για το άλλο qubit χωρίς να καταρρέει άμεσα η κατάστασή του.
Για να επεξηγήσετε αυτήν την έννοια, σκεφτείτε ένα σύστημα δύο qubit στην κατάσταση Bell:
[ frac{1}{sqrt{2}}(|00rangle + |11rangle) ]Αν μετρήσουμε το πρώτο qubit και λάβουμε το αποτέλεσμα '0', η κατάσταση ολόκληρου του συστήματος καταρρέει σε:
[ |00γωνία ]Ωστόσο, το δεύτερο qubit εξακολουθεί να βρίσκεται σε μια υπέρθεση καταστάσεων, καθώς η συνολική κατάσταση του συστήματος είναι ένας γραμμικός συνδυασμός βασικών καταστάσεων. Επομένως, το σύστημα δύο qubit μπορεί πράγματι να παραμείνει σε μια κβαντική υπέρθεση ακόμη και μετά τη μέτρηση ενός από τα qubit, εφόσον η μέτρηση δεν εκτελείται στο άλλο qubit.
Αυτή η ιδιότητα είναι ζωτικής σημασίας για την κβαντική επεξεργασία πληροφοριών, καθώς επιτρέπει την εφαρμογή πυλών δύο qubit που χειρίζονται τα qubit διατηρώντας παράλληλα την εμπλοκή και την υπέρθεση τους. Οι πύλες δύο qubit, όπως η πύλη CNOT ή η πύλη ελεγχόμενης φάσης, αξιοποιούν αυτή τη διαπλοκή για να εκτελέσουν λειτουργίες βασικά κβαντικής φύσης και επιτρέπουν την εκτέλεση κβαντικών αλγορίθμων όπως ο αλγόριθμος του Shor ή ο αλγόριθμος αναζήτησης του Grover.
Η μέτρηση ενός qubit σε ένα σύστημα δύο qubit μπορεί να καταρρεύσει την κατάσταση αυτού του qubit, αλλά δεν καταρρέει απαραίτητα ολόκληρο το σύστημα εάν το άλλο qubit παραμένει μη μετρημένο. Αυτή η διατήρηση της κβαντικής υπέρθεσης είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό στην κβαντική επεξεργασία πληροφοριών και αξιοποιείται στο σχεδιασμό κβαντικών αλγορίθμων και πρωτοκόλλων.
Άλλες πρόσφατες ερωτήσεις και απαντήσεις σχετικά με Κβαντικές βασικές αρχές πληροφοριών EITC/QI/QIF:
- Πώς λειτουργεί η πύλη κβαντικής άρνησης (quantum NOT ή Pauli-X gate);
- Γιατί η πύλη Hadamard είναι αυτοαναστρέψιμη;
- Εάν μετρήσετε το 1ο qubit της κατάστασης Bell σε μια ορισμένη βάση και στη συνέχεια μετρήσετε το 2ο qubit σε μια βάση περιστρεφόμενη κατά μια ορισμένη γωνία θήτα, η πιθανότητα να λάβετε προβολή στο αντίστοιχο διάνυσμα είναι ίση με το τετράγωνο του ημιτόνου του θήτα;
- Πόσα bit κλασικής πληροφορίας θα απαιτούνταν για να περιγραφεί η κατάσταση μιας αυθαίρετης υπέρθεσης qubit;
- Πόσες διαστάσεις έχει ένας χώρος 3 qubits;
- Θα καταστρέψει η μέτρηση ενός qubit την κβαντική υπέρθεση του;
- Μπορούν οι κβαντικές πύλες να έχουν περισσότερες εισόδους από εξόδους όπως οι κλασσικές πύλες;
- Η παγκόσμια οικογένεια κβαντικών πυλών περιλαμβάνει την πύλη CNOT και την πύλη Hadamard;
- Τι είναι ένα πείραμα διπλής σχισμής;
- Είναι η περιστροφή ενός φίλτρου πόλωσης ισοδύναμη με την αλλαγή της βάσης μέτρησης της πόλωσης φωτονίων;
Δείτε περισσότερες ερωτήσεις και απαντήσεις στο EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals