Що означає заплутати два кубіти?


15

Я провів якісь онлайн-дослідження щодо кубітів та факторів, які роблять їх сумнозвісними, тобто дозволяють кубітам одночасно утримувати 1 і 0, а інше - кубіти можна якось переплутати, щоб вони могли мати в них пов'язані дані незалежно від того, наскільки далеко вони є (навіть на протилежних сторонах галактик).

Читаючи про це у Вікіпедії, я побачив якесь рівняння, яке мені ще важко зрозуміти. Ось посилання на Вікіпедію .

Запитання:

  1. Як вони заплутуються в першу чергу?

  2. Як вони співвідносять свої дані?


2
Чи можете ви розглянути можливість посилання на статтю у Вікіпедії / включити формулу у своє запитання? Це полегшить оточуючим зрозуміти, у чому саме полягає ваша проблема.
MEE - Відновіть Моніку

Відповідь snulty - це високоякісна відповідь на запитання 1 у цій публікації, але вона відповідає дефіциту відповіді на заголовок. Заплутування - це тонка концепція, не зводиться повністю до "дві системи ідеально співвідносяться". Відповідь DaftWullie іде трохи далі, намагаючись пояснити, чому заплутаність - це не просто ідеальні кореляції. Ключові слова для майбутніх пошуків - це нерівності Белла, і цей чудовий апер від Mermin web.pdx.edu/~pmoeck/lectures/Mermin%20longer.pdf
Андреа

Відповіді:


17

Для простого прикладу припустимо, у вас є два кубіти у визначених станах і | 0 . Комбінований стан системи є | 0 | 0 або | 00 в стенографії.|0|0|0|0|00

Тоді, якщо ми застосуємо до кубітів наступні оператори (зображення вирізане із сторінки вікі надмірного кодування ), отриманий стан є заплутаним станом, одним із станів дзвону .

введіть тут опис зображення

По-перше, на зображенні у нас є гамамарові ворота, що діють на перший кубіт, який у більш довгій формі є так що це оператор ідентичності на другому кубіті.HI

Матриця гадамара виглядає як де впорядковано основу{| 0,| 1}.

H=12(1111)
{|0,|1}

Тож після дії оператора гадамард держава зараз є

(HI)(|0|0)=H|0I|0=12(|0+|1)(|0)=12(|00+|10)

Наступна частина схеми - це керований не затвор, який діє лише на другий кубіт, якщо перший кубіт є .1

Ви можете представляти як | 0 0 | I + | 1 1 | X , де | 0 0 | є оператором проекції на біт 0 або в матричній формі ( 1 0 0 0 ) . Аналогічно | 1 1 | є ( 0 0 0 1 ) .CNOT|00|I+|11|X|00|0(1000)|11|(0001)

Оператор - це оператор бітового перевороту, представлений у вигляді ( 0 1 1 0 )X(0110) .

Загалом матриця становить ( 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 )CNOT(1000010000010010)

Коли ми застосовуємо ми можемо використовувати матричне множення, записуючи наш стан як вектор ( 1CNOT, або ми можемо просто використовувати форму виробу тензора.(120120)

CNOT(12(|00+|10))=12(|00+|11)

Ми бачимо, що для першої частини держави перший біт дорівнює 0 , тому другий біт залишили в спокої; друга частина держави | 10 перший біт дорівнює 1 , так що другий біт перевертається від 0 до 1|000|10101 .

Наш остаточний стан -

12(|00+|11)
, який є одним з чотирьох станів Bell , які максимально заплутані стану.

00

Порівняйте, наприклад, із цим станом:

12(|00+|01+|10+|11).

12(|00+|01)01

01


Оновлення 1: Міні-посібник із позначення QM / QC / Dirac

{|0,|1}H=span{|0,|1} є векторний простір.

|0(10)|1(01)Xσx|0|1|1|0(0110)

nHn:=HHHntimes|0|1|1|0|0110

H2=HH{|0|0,|0|1,|1|0,|1|1}{|00,|01,|10,|11}

3

{|000,|001,|010,|011,|100,|101,|110,|111}.

|0|0=(10)(10):=(1(10)0(10))=(1000)

і

|0|1=(10)(01):=(1(01)0(10))=(0100)

тощо

|1|0=(0010),|1|1=(0001)

X1X2:=XX

X1X2=XX=(0110)(0110)=(0(0110)1(0110)1(0110)0(0110))=(0001001001001000)

CNOT|00|I+|11|X(1000)(1001)+(0001)(0110)CNOT

2nn8×8416×16

|00|0|1|0|1X=|01|+|10|

P0=|00|P2=PP=P


Мені не вдалося зрозуміти повну частину розрахунків, оскільки я не маю основи для спрощення. Але це допомогло мені зрозуміти!
Аршдейп Сінгх

@ArshdeepSingh Я можу спробувати додати все, що допомагає зрозуміти. Можливо, я міг би додати трохи більше про заплутані стани. Радий, що все-таки трохи корисно :)
snulty

@snulty, можливо, якщо ви використовуєте позначення вектора для кубітів, обчислення стануть більш прозорими? Просто пропозиція.
Кіро

1
@Kiro Я додав невеличку інформацію про позначення вектора / матриці, тільки ви, можливо, захочете відійти від такої позначення, де це можливо, щоб уникнути множення великих матриць вручну.
snulty

5

Хоча пов’язана стаття з Вікіпедії намагається використати заплутаність як відмітну особливість від класичної фізики, я думаю, що можна почати певне розуміння щодо заплутаності, дивлячись на класичні речі, де наша інтуїція працює трохи краще ...

Уявіть, що у вас є генератор випадкових чисел, який кожного разу виписує число 0,1,2 або 3. Зазвичай ви робите це однаковою ймовірністю, але ми можемо призначити будь-яку ймовірність кожному результату, який ми хочемо. Наприклад, давайте 1 і 2 з вірогідністю 1/2, а ніколи не даємо 0 або 3. Отже, кожен раз, коли генератор випадкових чисел щось вибирає, він дає 1 або 2, і ви не знаєте заздалегідь, що це відбувається бути. Тепер давайте запишемо ці числа у двійковій формі: 1 як 01, а 2 - як 10. Тоді ми даємо кожен шматочок іншій людині, скажімо, Еліс та Боб. Тепер, коли генератор випадкових чисел набирає значення або 01, або 10, Аліса має одну частину, а Боб - іншу. Отже, Аліса може поглянути на її шматочки, і яке б значення вона не отримала, вона знає, що у Боба є протилежне значення. Ми кажемо, що ці біти ідеально співвідносяться.

|ψ=12(|01|10)
|ψ

Різниця полягає в тому, що це справедливо для кожної можливої ​​основи вимірювання, і щоб це було так, результат вимірювання повинен бути непередбачуваним, і саме тут він відрізняється від класичного випадку (можливо, ви хочете прочитати про тести Белла , зокрема тест CHSH ). У класичному прикладі випадкових чисел, який я описав на початку, після того, як генератор випадкових чисел щось вибрав, немає жодної причини, чому його неможливо скопіювати. Хтось ще міг би знати, яку відповідь отримають і Аліса, і Боб. Однак у квантовій версії відповіді, які отримують Аліса та Боб, не є заздалегідь, і тому ніхто інший не може їх знати. Якби хтось їх знав, ці два відповіді не були б ідеально співвіднесеними. Це основа квантового розподілу ключів як це в основному описує можливість виявити наявність підслуховувача.

Щось далі, що може допомогти зрозуміти заплутаність: математично це не відрізняється від суперпозиції, це просто те, що в якийсь момент ви розділяєте накладені частини на велику відстань, і те, що це в певному сенсі важко зробити, означає що розділення надає вам ресурс, з яким ви можете робити цікаві речі. Дійсно, заплутаність - це ресурс того, що можна назвати «розподіленою суперпозицією».


2

Заплутування - це квантове фізичне явище, продемонстроване в практичних експериментах, математично модельоване в квантовій механіці. Ми можемо придумати кілька творчих спекуляцій про те, що це (філософськи), але наприкінці дня ми просто мусимо це прийняти і довіряти математиці.

З точки зору статистики ми можемо вважати це повним співвідношенням (1 або -1) між двома випадковими змінними (кубітами). Ми можемо не знати попередніх результатів цих змінних, але коли ми виміряємо одну з них, завдяки кореляції, інша буде непередбачуваною. Нещодавно я написав статтю про те, як квантовим заплутуванням керує симулятор квантових обчислень, який також може бути корисним.


У мене два порожні шматки паперу. Я гортаю монету і записую результат на обох і складаю їх. Я вручаю вам одну з двох частин, а іншу тримаю. Цей процес створює дві випадкові величини. Ви можете не знати значення будь-якого, але якщо виміряти одне, ви одразу знаєте інше. Чи цей процес заплутує шматочки паперу?
Андреа

Чудове запитання! Спочатку аналогія може здатися дійсною, але є одна проблема: як тільки кубіти заплутуються, ви можете виконувати над ними додаткові операції, одночасно змінюючи їх внутрішній стан. Така поведінка може бути використана, наприклад, для здійснення квантової телепортації . У вашому випадку ми закінчуємо класичну детерміновану систему, в якій стани визначені заздалегідь, і подальші операції, які використовують перевагу явища фізичного заплутування, неможливі.
Thomas CG de Vilhena

Справді! Я доповнив би короткою дискусією, щоб завершити вашу відповідь.
Андреа
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.