한 큐 비트 측정은 다른 큐 비트에 어떤 영향을 줍니까?


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양자 컴퓨터의 상태를 나타 내기 위해 모든 큐 비트는 하나의 상태 벡터에 기여합니다 (이것은 내가 이해하는 것처럼 양자와 고전 컴퓨팅의 주요 차이점 중 하나입니다). 내 이해는 여러 큐 비트 시스템에서 단 하나의 큐 비트 만 측정 할 수 있다는 것입니다. 1 큐 비트를 측정하면 전체 시스템에 어떤 영향을 미치나요 (특히 상태 벡터에 어떤 영향을 미칩니 까)?

답변:


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큐 비트를 보는 방법에는 여러 가지가 있으며 상태 벡터 형식은 그 중 하나 일뿐입니다. 일반적인 선형 대수적 의미에서 측정은 기준 투영입니다. 여기에서는 Pauli가 관찰 할 수있는 관점에서 일반적인 예인 QC 회로 모델에 대한 예를 제공합니다.

첫째, 상태 벡터가 제공되는 기준에 관심이 있습니다. 모든 측정 연산자에는 고유 상태 세트가 있으며 사용자가 보는 모든 측정 값 (예 : X,Y,Z,XX,XZ 등)이 있습니다. 상태 벡터를 작성하는 데 가장 적합한 기초를 결정하십시오. 질문에 대답하는 가장 쉬운 방법은 관심있는 기초가 무엇 인지 , 더 중요 하게는 방금 수행 한 측정으로 통근하는지 여부 를 아는 것입니다 .

간단하게하기 위해 두 큐 비트에 대해 Z 기준으로 작성된 임의의 상태에서 두 개의 연결된 큐 비트로 시작한다고 가정 해 보겠습니다 .

|ψ=a|0Z|0Z+b|0Z|1Z+c|1Z|0Z+d|1Z|1Z

사용자가 만들 수있는 가장 간단한 측정 될 은 IS, Z에 이어 최초의 큐 비트 연산자, Z 2Z의 제 큐빗에 오퍼레이터. 측정은 무엇을합니까? 그것은 국가를 고유 국가 중 하나로 투영합니다. 방금 측정 한 것과 일치하지 않는 가능한 모든 답변을 제거하는 것으로 생각할 수 있습니다. 예를 들어 Z 1 을 측정 하고 결과 1을 얻는다면 결과 상태는 다음과 같습니다.Z1ZZ2ZZ11

|ψ=1|c|2+|d|2(c|1Z|0Z+d|1Z|1Z)

앞에 계수는 재 정규화를위한 것입니다. 을 측정 할 확률 은 1입니다Z2=0. 이것은 초기 상태에 있었던 확률과 다릅니다.| | 2+| c| 2.1|c|2+|d|2|c2||a|2+|c|2

그러나 다음 측정이 이전 측정과 통근하지 않는다고 가정하십시오. 확률을 이해하려면 상태 벡터를 기반으로 변경을 구현해야하기 때문에 까다로울 수 있습니다. 그러나 Pauli 측정을 사용하면 고유 염기가 좋은 방식으로 관련되기 때문에 쉬운 경향이 있습니다.

|0Z=12(|0X+|1X)

|1Z=12(|0X|1X)

이해를 확인하는 좋은 방법 : 위 의 Z 1 = 1 측정 후 을 측정 할 확률은 얼마입니까? Z 1 측정을 하지 않은 경우의 확률은 얼마입니까? 그렇다면 더 복잡한 질문은 한 번에 두 큐 비트에 작용하는 제품 연산자를 보는 것입니다. 예를 들어 Z 1 Z 2 = + 1 측정 이 초기 상태에 어떤 영향을 줍니까? 여기서 Z 1 Z 2 는 두 연산자의 곱을 측정합니다.X=+1Z1=1Z1Z1Z2=+1Z1Z2


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좋고 간단한 대답. 설명하는 것은 a) 투영 측정을 수행하고 b) 측정 결과 를 알고 있는 경우에만 해당됩니다 . 일반적으로 측정 후 상태를 설명하려면 혼합 상태가 필요합니다.
M. Stern

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그 가정, 측정 전에, 당신의 -qubit 시스템이 어떤 상태에 | ψ H N 2 , 여기서 H 2C 2 단일 큐 비트의 힐베르트 공간이다. 쓰기 | ψ = Σ (X) { 0 , 1 } , N u는 X | X 어떤 계수들에 대한 U XC 되도록 Σ는 X | U x | 2 =n|ψH2nH2C2

|ψ=x{0,1}nux|x
uxC .x|ux|2=1
  • 표준으로 첫 번째 큐 비트를 측정하는 경우 그리고| ψ0=| φ0 /

    |φ0=x{0,1}n1u0x|0|x,|φ1=x{0,1}n1u1x|1|x,
    |ψ0=|φ0/φ0|φ0|ψ1=|φ1/φ1|φ1. 첫 번째 큐빗을 측정하고 상태 , 전체 시스템의 상태에 "붕괴" | ψ 0 , 당신이 얻을 경우 | 1 당신이 얻을 무엇 | ψ 1 .|0|ψ0|1|ψ1

    이 조건부 확률 분포의 개념을 광범위하게 유사하다 : 당신이 생각할 수 시스템 상태는 첫 번째 큐 비트에서 조절 된 | 0 | ψ 1 on 시스템의 상태는 첫 번째 큐 비트에서 조절 된 | 1 (물론 제외하고는 이야기는 조금 더 최초의 큐 비트가 "몰래"상태 중 하나에 있지 않은 사실의 계정에 복잡한 것을 0 또는 1 ).|ψ0|0|ψ1|101

  • 위의 내용은 첫 번째 큐 비트 측정에 크게 의존하지 않습니다. | φ 1 비트 스트링에서의 특정 비트의 고정 점에서 X를 하나에 0 또는 1 , 위에 선택 하나와 일치하는 구성 요소 만 합산 0 또는 1 위로서, 진행한다.|φ0|φ1x0101

  • Emily가 지적한 것처럼 위의 내용은 표준 기준으로 측정하는 데 크게 의존하지 않습니다. 우리가 기준으로 첫 번째 큐빗 측정을 고려하고 싶다면 , 어디 | α = α 0 | 0 + α (1) | 1 | β = β 0 | 0 + β 1 | 1 ,, 우리는 | φ 0|α,|β|α=α0|0+α1|1|β=β0|0+β1|1 다음, 상기와 같이 진행.

    |φ0=(|αα|In1)|ψ=x{0,1}n1(α0u0x+α1u1x)|α|x,|φ1=(|ββ|In1)|ψ=x{0,1}n1(β0u0x+β1u1x)|β|x,

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다른 답변보다 공식적으로 언급되지는 않았지만 초보자에게는 이 비디오 에서 Vazirani 교수가 설명한 직관적 인 방법 좋습니다.

일반적인 2 qbit 상태가 있다고 가정하십시오.

|ψ=[α00α01α10α11]=α00|00+α01|01+α10|10+α11|11

이제 (같이 하나에 축소 당신이 계산 기준에서 가장 중요한 (왼쪽) qbit을 측정한다고 가정 또는 | 1 ). 다음과 같은 두 가지 질문이 있습니다.|0|1

  1. 측정 된 qbit가 붕괴 될 확률은 얼마입니까 ? 어때요 | 1 ?|0|1
  2. 측정 후 2-qbit 시스템의 상태는 어떻습니까?

첫 번째 질문의 직관적 인 대답은 다음과 같습니다. 붕괴 확률을 찾으려는 값과 관련된 모든 진폭의 제곱의 합을 취하십시오. 따라서 측정 된 qbit 붕괴 가능성을 알고 싶다면 케이스와 관련된 진폭을 볼 수 있습니다. | 00 | 01 , 사람들은 측정 qbit 인 경우이기 때문에 | 0 . 그러므로:|0|00|01|0

P[|0]=|α00|2+|α01|2

마찬가지로 케이스와 관련된 진폭을 본다 | 10 | 11 , 그래서 :|1|10|11

P[|1]=|α10|2+|α11|2

측정 후 2-qbit 시스템의 상태는 사용자가 얻은 대답과 일치하지 않는 중첩의 모든 구성 요소를 제거하는 것입니다. 따라서 측정 한 경우 후, 측정 후의 상태이다 :|0

|ψ=α00|00+α01|01+α10|10+α11|11=α00|00+α01|01

그러나이 상태는 정규화되지 않습니다. 제곱의 합은 1이되지 않으므로 정규화해야합니다.

|ψ=α00|00+α01|01|α00|2+|α01|2

|1

|ψ=α00|00+α01|01+α10|10+α11|11=α10|10+α11|11

정규화 :

|ψ=α10|10+α11|11|α10|2+|α11|2

가장 간단한 경우에, 다중 qbit 상태에서 하나의 qbit를 측정하는 동작을 계산하는 방법입니다!

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