토 포리 게이트의 보편성


20

양자 Toffoli 게이트에 관해서 :

  1. 그것은이다 classicaly 그렇다면 보편적하고, 그 이유는 무엇입니까?
  2. 그것은 양자 보편적이며 왜 그런가?

비 양자 논리에서는 범용으로 알려진 다른 부울 연산자 세트를 해당 세트로 시뮬레이션 할 수 있음을 보여줍니다. 나는 그것이 양자 세계에서 똑같다는 것을 모른다. 그러나 나는 그렇게 생각할 것이다.
Raphael

8
양자 논리에서 Toffoli 게이트는 보편적이지 않습니다. 왜냐하면 고전적인 계산 만 할 수 있기 때문입니다. 또한 입력이 기본 상태 인 경우 출력을 기본 상태의 중첩으로 설정하는 일부 양자 게이트가 필요합니다.
피터 쇼어

나는 질문이 혼란 스러울 수 있음을 알고 있습니다. 양자 / 고전 세계의 보편성의 차이를 묻기 위해 편집해야 할 수도 있습니다.
Ran G.

나는 양자 사건을 다루기 위해 대답을 편집했다. 지금 어떻게 생각하세요?
Victor Stafusa

1
@RanG. 우리는 미래의 질문에 대한 길을 보여 주어야하지만이 질문에는 숙제가 표시되어 있지만 왜 스스로 해결할 수 없는지 (그리고 문제가있는 곳)는 설명하지 않는 것 같습니다. 비공개 베타에는 좋은 질문이 아니라고 생각합니다 ( 메타 토론 참조 ). 이 질문을 닫으려고 투표합니다.
Gopi

답변:


13

Toffoli는 클래식 계산에 보편적입니다 (@Victor로 표시). 그러나 Toffoli는 양자 계산에 보편적이지 않습니다 ( P = B Q 와 같은 미친 것이 없다면)).=

양자 계산에 보편적으로 사용 되려면 (일반적인 정의에 따라) 게이트로 생성 된 그룹은 단일 단위로 밀도가 높아야합니다. 다시 말해서, 임의의 및 목표 단일 U 가 주어지면 유한 U ' 를 얻기 위해 유한 한 수의 양자 게이트를 적용하는 방법이 있습니다.ϵ' 그러한 .||'||<ϵ

Toffoli 자체는 항상 기본 상태를 기본 상태로 가져 가기 때문에이 정의에서 보편적이지 않습니다. 따라서 예. 즉, 중첩을 만들 수 없습니다.|012(|0+|1)


10

인용Wikipedia 기사에서 :

토 포리 게이트는 보편적입니다. 이것은 모든 부울 함수 f (x1, x2, ..., xm)에 대해 x1, x2, ..., xm 및 0 또는 1로 설정된 일부 추가 비트를 취하는 Toffoli 게이트로 구성된 회로가 있음을 의미합니다. x1, x2, ..., xm, f (x1, x2, ..., xm) 및 일부 추가 비트 (가비지). 본질적으로 이것은 Toffoli 게이트를 사용하여 가역적 인 방식으로 원하는 부울 함수 계산을 수행하는 시스템을 구축 할 수 있음을 의미합니다.

이는 부울 함수가 Toffoli 게이트로만 구성 될 수 있음을 간단히 의미합니다.

부울 함수는 일반적으로 OR, AND 및 NOT 게이트로 구성되며 부울 함수를 형성하기 위해 결합 될 수 있습니다. NOR 게이트 또는 NAND 게이트에서만 동일하다는 것이 널리 알려져 있습니다.

토 포리 게이트는 다음과 같이 요약 될 수 있습니다.

영형에프에프영형나는(,,기음)={(,,¬기음)언제 ==1(,,기음)그렇지 않으면.

첫 번째와 두 번째 출력은 항상 첫 번째와 두 번째 입력과 같기 때문에 우리는이를 분담 할 수 있습니다. 그래서 우리는 :

영형에프에프영형나는'(,,기음)={¬기음언제 ==1기음그렇지 않으면.

이를 통해 NAND 게이트를 다음과 같이 정의 할 수 있습니다.

낸드(,)=영형에프에프영형나는'(,,1)

NAND 게이트는 보편적이고 NAND 게이트는 Toffoli 게이트로 정의 될 수 있으므로, Toffoli 게이트는 보편적이다.

AND 및 NOT 게이트를 직접 구성하여 Toffoli가 보편적임을 증명하는 다른 방법이 있습니다.

아니(엑스)=영형에프에프영형나는'(1,1,엑스)

(,)=영형에프에프영형나는'(,,0)

그런 다음 De Morgan의 법칙을 사용하여 OR 게이트를 구성 할 수 있습니다 .

또는(,)=아니((아니(),아니())=영형에프에프영형나는'(1,1,영형에프에프영형나는'(영형에프에프영형나는'(1,1,),영형에프에프영형나는'(1,1,),0))


질문이 수정되고 범위가 변경되었으므로 수정 :

첫째, 나는 양자 컴퓨팅을 이해하지 못합니다. 따라서 잘못된 것이 있으면 의견을 추가하십시오. 나는이 답변을 완성시키기 위해 약간의 연구를했고 이것으로 끝났습니다.

Toffoli 게이트는 가역적입니다 (그러나 위에서 사용 된 Toffoli는 그렇지 않습니다). 즉, 계산으로 수행 한 모든 작업을 취소 할 수 있습니다. 이것은:

(,,기음)=영형에프에프영형나는(영형에프에프영형나는(,,기음))

즉, Toffoli가 두 번 적용되는 경우 트리플 (a, b, c)의 경우 원래 입력이 출력으로 표시됩니다.

양자 게이트는 가역적이어야하기 때문에 가역성이 중요하므로, 이에 따라 (클래식) 토 포리 게이트가 양자 게이트로 사용될 수있다.

여기 에 설명 된 것처럼 Deutsch 게이트는 Toffoli 게이트와 유사한 방식으로 정의되지만 클래식 게이트 대신 수량 게이트입니다.

도이치(,,기음)=|,,기음{나는코사인(θ)|,,기음+(θ)|,,1기음...에 대한 ==1|,,기음그렇지 않으면.

이런 식으로 Toffoli 게이트는 다음과 같은 Deutsch 게이트의 특별한 경우입니다.

영형에프에프영형나는(,,기음)=도이치(π2)(,,기음)

Toffoli 게이트는 고전적인 계산을 수행하지만 위상 편이 연산이 없으므로 Toffoli 게이트를 90도 동안 만 사용할 수 있습니다 (π2) 위상 편이 (및 여러 게이트를 결합하여 90 도의 배수를 얻음). 그러나 이것은 또한 상태 sobrepositions를 만드는 데 사용될 수 없다는 것을 의미합니다. 90도 이하의 각도에서 위상 편이가 필요하기 때문에 Toffoli 게이트는 보편적 인 양자 게이트가 아닙니다.

우리가하다 마드 게이트에 Toffoli 게이트를 결합하면 범용 양자 Tgate 세트를 얻을 수 있습니다. 이것이 바로 Deutsch gate가하는 일입니다.

흥미로운 참고 자료는 여기 , 여기여기 에서 찾을 수 있습니다 . Deutsch 변환의 기초를 보여주는 유용한 참조 가 여기 있지만 링크는 암호로 보호되어 있습니다.


Toffolli는 양자 계산에 보편적이지 않으며 CNOT 자체도 아닙니다. 중첩을 만들 수 없기 때문에 쉽게 알 수 있습니다.
Artem Kaznatcheev

대답의 고전 부분은 훌륭합니다. 양자 부분이 그다지 의미가 있는지 잘 모르겠습니다. Toffoli 게이트는 유효한 양자 게이트이므로 정의상 가역적이므로 Toffoli 게이트는 가역적이라고 주장 할 필요가 없습니다. Edit2에 관해서 : 그 기사는{하다 마드, 토 포리}보편적 인 집합입니다,하지만 난 그게 Toffoli는 Q-우주 그 자체이다라고 생각하지 않는다 (또는 내가 무엇을 그리워 했습니까?)
란 G.

EDIT 2의 참조가 잘못되었습니다. 이 기사는 Toffoli + Hadamard가 Toffoli가 아니라 보편적이라는 것을 분명히 밝히고 있습니다.
Artem Kaznatcheev

@ArtemKaznatcheev :이 기사는 "Toffoli and Hadamard"라고 말합니다. 그런 다음 이것이 "Toffoli는 예이고 Hadamart는 또 다른 것"을 의미한다고 생각했습니다. 어쨌든 지금은 분명합니다.
Victor Stafusa

나는 그것을 편집했다. 지금은 괜찮을 것이다.
Victor Stafusa
당사 사이트를 사용함과 동시에 당사의 쿠키 정책개인정보 보호정책을 읽고 이해하였음을 인정하는 것으로 간주합니다.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.