간단한 예를 들어, 명확한 상태 및 두 개의 큐 비트가 있다고 가정하십시오 . 시스템의 결합 상태는 또는 입니다.| 0 ⟩ | 0 ⟩ ⊗ | 0 ⟩ | 00 ⟩|0⟩|0⟩|0⟩⊗|0⟩| 00⟩
그런 다음 qubits에 다음 연산자를 적용하면 (이미지는 초 고밀도 코딩 위키 페이지 에서 잘림 ) 결과 상태는 얽힌 상태 ( 종 상태 중 하나)입니다 .
먼저 이미지에서 첫 번째 qubit에 작동하는 hadamard gate가 있습니다. 더 긴 형식의 이므로 두 번째 qubit의 ID 연산자입니다.H⊗ 나
hadamard 행렬은
와 같이 기본이 .{| 0⟩,| 1⟩}
H= 12–√( 111− 1)
{ | 0 ⟩ , | 1 ⟩ }
hadamard 연산자가 작동 한 후 상태는 이제
( H⊗ 나) ( | 0 ⟩ ⊗ | 0 ⟩ ) = H| 0⟩⊗I| 0⟩= 12–√( | 0 ⟩ + | 1 ⟩ ) ⊗ ( | 0 ⟩ ) = 12–√( | 00 ⟩ + | 10 ⟩ )
회로의 다음 부분은 제 큐 비트가있는 경우에만 상기 제 큐빗에 작용하는 제어되지 게이트 인 .1
당신은 나타낼 수 같이 , 어디비트 에 대한 투영 연산자 이거나 행렬 형식 의 투영 연산자 입니다. 마찬가지로되고 .| 0 ⟩ ⟨ 0 | ⊗ I + | 1 ⟩ ⟨ 1 | ⊗ X | 0 ⟩ ⟨ 0 | 0 ( 1 0 0 0 ) | 1 ⟩ ⟨ 1 | ( 0 0 0 1 )씨엔오 티| 0⟩⟨0 | ⊗나+ | 1 ⟩ ⟨ 1 | ⊗ X| 0⟩⟨0 |0( 1000)| 1⟩⟨1 |( 0001)
연산자로 표현 비트 플립 연산자 .( 0 1 1 0 )엑스( 0110)
매트릭스는 전체적으로( 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 )씨엔오 티⎛⎝⎜⎜⎜1000010000010010⎞⎠⎟⎟⎟
를 적용 할 때 상태를 벡터 로 작성하여 행렬 곱셈을 사용할 수 있습니다. 또는 텐서 제품 양식을 사용할 수 있습니다.( 1씨엔오 티⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜12√012√0⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟
씨엔오 티( 12–√( | 00 ⟩ + | 10 ⟩ ) ) = 12–√( | 00 ⟩ + | 11 ⟩ )
상태의 첫 번째 부분 에서 첫 번째 비트는 이므로 두 번째 비트는 그대로 남아 있습니다. 상태의 두번째 부분 첫번째 비트는 이므로, 두번째 비트는 에서 플립됩니다 .0 | 10 ⟩ 1 0 1| 00⟩0| 10⟩101
마지막 상태는 최대 얽힌 상태 인 4 개의 벨 상태 중 하나 인 입니다.
12–√( | 00 ⟩ + | 11 ⟩ )
그들을 얽혀되는 것이 통지를 무엇을 의미하는지 확인하려면 당신은 당신이이 것을 발견하면, 첫 번째 큐 비트 말의 상태를 측정 할 수 있다면 즉시 또한 당신에게 두 번째 큐 비트를 알려주는 것으로이 있기 때문에, 그것이 우리의 유일한 가능성입니다.000
예를 들어이 상태와 비교하십시오.
12( | 00 ⟩ + | 01 ⟩ + | 10 ⟩ + | 11 ⟩ ) .
첫 번째 큐 비트가 0임을 측정하면 상태는 축소되며 두 번째 큐빗 은 여전히 50-50 확률입니다. qubit은 또는 입니다.0112√( | 00 ⟩ + | 01 ⟩ )01
바라건대 이것은 상태가 어떻게 얽히게 될 수 있는지에 대한 아이디어를 제공합니다. 얽힌 광자 또는 전자 등과 같은 특정 예를 알고 싶다면 특정 게이트를 구현하는 방법을 조사해야하지만 여전히 같은 방식으로 수학을 쓸 수 있습니다 과 은 다른 것을 나타낼 수 있습니다. 다른 물리적 상황.101
업데이트 1 : QM / QC / Dirac 표기법에 대한 미니 안내서
일반적으로 단일 qubit에 대해 인 표준 계산 (직교 정규) 기준이 있습니다. 은 벡터 공간입니다.H = 스팬 { | 0 ⟩ , | 1 ⟩ }{ | 0 ⟩ , | 1 ⟩ }H =스팬{ | 0 ⟩ , | 1 ⟩ }
우리가 식별 할 수있는 기초의 순서에 와 과 와 . 그런 다음이 기준을 사용하여 단일 qubit 연산자를 행렬 형식으로 작성할 수 있습니다. 예를 들어 및 을 사용해야 하는 비트 플립 연산자 (pauli- ) 는 로 쓸 수 있습니다. 에서 행렬의 첫 번째 열은 첫 번째 기본 벡터의 이미지입니다.( 1 0 ) | 1 ⟩ ( 0 1 ) X σ X | 0 ⟩ ↦ | 1 ⟩ | 1 ⟩ ↦ | 0 ⟩ ( 0 1 1 0 )| 0⟩( 10)| 1⟩( 01)엑스σ엑스| 0⟩↦ | 1⟩| 1⟩↦ | 0⟩( 0110)
-qubits 가 여러 개인 경우 공간에 속해야합니다 . 이 공간의 기본은 0과 1의 문자열로 표시됩니다 (예 : ). 일반적으로 .H ⊗ n : = n − t i m e s ⏞ H ⊗ H ⊗ ⋯ ⊗ H | 0 ⟩ ⊗ | 1 ⟩ ⊗ | 1 ⟩ ⊗ ... ⊗ | 0 ⟩ | 011 ... 0 ⟩엔H⊗n:=H⊗H⊗⋯⊗Hn−times|0⟩⊗|1⟩⊗|1⟩⊗…⊗|0⟩|011…0⟩
의 기초 인 두 큐빗의 간단한 예 는 또는 속기 입니다. { | 0⟩⊗ | 0⟩, | 0⟩⊗ | 1⟩, | 1⟩⊗ | 0⟩, | 1⟩⊗ | 1⟩}{ | 00⟩, | 01⟩, | 10⟩, | 11⟩}H⊗2=H⊗H{|0⟩⊗|0⟩,|0⟩⊗|1⟩,|1⟩⊗|0⟩,|1⟩⊗|1⟩}{|00⟩,|01⟩,|10⟩,|11⟩}
행렬을 사용하기 위해이 기준을 정렬하는 방법에는 여러 가지가 있지만, 자연적인 방법은 문자열을 2 진 숫자처럼 위와 같이 정렬하는 것입니다. 예를 들어 큐 비트의 경우 과 같이 기본을 주문할 수 있습니다.{ | 000 ⟩ , | 001 ⟩ , | 010 ⟩ , | 011 ⟩ , | (100) ⟩ , | (101) ⟩ , | (110) ⟩ , | 111 ⟩ } .3
{|000⟩,|001⟩,|010⟩,|011⟩,|100⟩,|101⟩,|110⟩,|111⟩}.
이것이 유용한 이유 는 연산자의 행렬을 위해 Kronecker 제품 과 일치하기 때문 입니다. 예를 들어, 기본 벡터를 먼저 살펴보십시오.
|0⟩⊗|0⟩=(10)⊗(10):=⎛⎝⎜⎜⎜1⋅(10)0⋅(10)⎞⎠⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜1000⎞⎠⎟⎟⎟
과
|0⟩⊗|1⟩=(10)⊗(01):=⎛⎝⎜⎜⎜1⋅(01)0⋅(10)⎞⎠⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜0100⎞⎠⎟⎟⎟
그리고 비슷하게
|1⟩⊗|0⟩=⎛⎝⎜⎜⎜0010⎞⎠⎟⎟⎟,|1⟩⊗|1⟩=⎛⎝⎜⎜⎜0001⎞⎠⎟⎟⎟
예를 들어 두 큐 비트에서 작동하는 연산자 가 있고 위와 같이 기본을 주문하면 행렬의 크로네 커 곱을 사용하여 행렬을 찾을 수 있습니다.X1X2:=X⊗X
X1X2=X⊗X=(0110)⊗(0110)=⎛⎝⎜⎜⎜0⋅(0110)1⋅(0110)1⋅(0110)0⋅(0110)⎞⎠⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜0001001001001000⎞⎠⎟⎟⎟
위에서 의 예를 보면 . 이것은 와 같이 행렬 형태로 계산 될 수 있습니다. 는 위에서 행렬인지 확인할 수 있습니다 .CNOT|0⟩⟨0|⊗I+|1⟩⟨1|⊗X∗(1000)⊗(1001)+(0001)⊗(0110)CNOT
계산 공간이 -qubits에 대해 으로 커지기 때문에 모든 것을 행렬 표현으로 변환하는 대신 속기 및 텐서 제품을 사용하는 것이 좋습니다. 이는 3 큐빗의 경우 행렬, -qubits입니다. 이 행렬과 신속 매트릭스 형태로 변환 실용성보다는된다.2nn8×8416×16
이외에도 : 같은 벡터를 사용하여 표시 할 디랙 표기법에 몇 가지 일반적인 방법이 있습니다 ; 이중 벡터 예 :, 벡터 과 사이의 내부 곱 ; 와 같은 공간의 연산자 .| 0 ⟩ ⟨ 0 | ⟨ 0 | 1 ⟩ | 0 ⟩ | 1 ⟩ X = | 0 ⟩ ⟨ 1 | + | 1 ⟩ ⟨ 0 |∗|0⟩⟨0|⟨0|1⟩|0⟩|1⟩X=|0⟩⟨1|+|1⟩⟨0|
과 같은 연산자 투영 연산자는 및 만족하므로 (직교) 투영 연산자 입니다.P 2 = P P † = PP0=|0⟩⟨0|P2=PP†=P