Η πύλη Controlled-NOT (CNOT) είναι μια θεμελιώδης κβαντική πύλη δύο qubit που παίζει κρίσιμο ρόλο στην κβαντική επεξεργασία πληροφοριών. Είναι απαραίτητο για την εμπλοκή των qubits, αλλά δεν οδηγεί πάντα σε εμπλοκή qubit. Για να το κατανοήσουμε αυτό, πρέπει να εμβαθύνουμε στις αρχές του κβαντικού υπολογισμού και στη συμπεριφορά των qubits κάτω από διαφορετικές λειτουργίες.
Στον κβαντικό υπολογισμό, τα qubits μπορούν να υπάρχουν σε καταστάσεις υπέρθεσης, που αντιπροσωπεύουν και το 0 και το 1 ταυτόχρονα. Όταν εφαρμόζονται πύλες ενός qubit, όπως η πύλη Pauli-X ή η πύλη Hadamard, σε ένα qubit σε κατάσταση υπέρθεσης, μπορεί να αλλάξει τα πλάτη πιθανότητας των καταστάσεων χωρίς να εμπλέξει το qubit με μια άλλη. Αυτό σημαίνει ότι οι πύλες ενός qubit μπορούν να χειριστούν την κατάσταση ενός qubit χωρίς να δημιουργήσουν εμπλοκή με άλλα qubit.
Από την άλλη πλευρά, η πύλη CNOT δρα σε δύο qubit, που συνήθως αναφέρονται ως qubit ελέγχου και qubit στόχου. Η πύλη CNOT αναστρέφει την κατάσταση του qubit προορισμού εάν και μόνο εάν το qubit ελέγχου βρίσκεται στην κατάσταση |1⟩. Αυτή η λειτουργία οδηγεί σε εμπλοκή μεταξύ των δύο qubit αν το qubit ελέγχου βρίσκεται σε κατάσταση υπέρθεσης. Όταν το qubit ελέγχου βρίσκεται σε υπέρθεση των |0⟩ και |1⟩, η προκύπτουσα κατάσταση μετά την εφαρμογή της πύλης CNOT είναι μια κατάσταση εμπλοκής των δύο qubit.
Ωστόσο, εάν το qubit ελέγχου είναι σε καθορισμένη κατάσταση (είτε |0⟩ είτε |1⟩), η πύλη CNOT συμπεριφέρεται σαν μια κλασική πύλη XOR και δεν εμπλέκει τα qubits. Σε αυτήν την περίπτωση, η κατάσταση εξόδου μπορεί να εκφραστεί ως γινόμενο τανυστή των επιμέρους καταστάσεων qubit, υποδεικνύοντας ότι δεν είναι μπερδεμένες.
Για να επεξηγήσουμε αυτήν την έννοια, ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα όπου το qubit ελέγχου βρίσκεται στην κατάσταση |0⟩ και το qubit στόχος είναι στην κατάσταση |+⟩ (κατάσταση υπέρθεσης). Η εφαρμογή μιας πύλης CNOT σε αυτό το σενάριο θα είχε ως αποτέλεσμα το qubit στόχου να παραμείνει αμετάβλητο, δείχνοντας ότι δεν προέκυψε εμπλοκή.
Ενώ η πύλη CNOT είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την εμπλοκή qubits, η ικανότητά της να εμπλέκει qubits εξαρτάται από την κατάσταση του qubit ελέγχου. Όταν το qubit ελέγχου βρίσκεται σε κατάσταση υπέρθεσης, η πύλη CNOT μπορεί να μπερδέψει qubits. αλλιώς συμπεριφέρεται κλασικά και δεν δημιουργεί εμπλοκή.
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