Controlled-NOT (CNOT)-porten er en grundlæggende to-qubit kvanteport, der spiller en afgørende rolle i kvanteinformationsbehandling. Det er vigtigt for at sammenfiltre qubits, men det fører ikke altid til qubit-forviklinger. For at forstå dette er vi nødt til at dykke ned i principperne for kvanteberegning og qubits adfærd under forskellige operationer.
I kvanteberegning kan qubits eksistere i superpositionstilstande, der repræsenterer både 0 og 1 samtidigt. Når man anvender single-qubit-gates, såsom Pauli-X-gate eller Hadamard-gate, til en qubit i en superpositionstilstand, kan den ændre sandsynlighedsamplituderne af tilstandene uden at vikle qubitten sammen med en anden. Dette betyder, at enkelt-qubit-gates kan manipulere tilstanden af en qubit uden at skabe sammenfiltring med andre qubits.
På den anden side virker CNOT-porten på to qubits, typisk benævnt kontrol-qubit og mål-qubit. CNOT-porten vender tilstanden af målqubitten, hvis og kun hvis kontrolqubitten er i tilstanden |1⟩. Denne operation resulterer i sammenfiltring mellem de to qubits, hvis kontrol-qubitten er i en superpositionstilstand. Når kontrol-qubitten er i en superposition af |0⟩ og |1⟩, er den resulterende tilstand efter anvendelse af CNOT-porten en sammenfiltret tilstand af de to qubits.
Men hvis kontrol-qubitten er i en bestemt tilstand (enten |0⟩ eller |1⟩), opfører CNOT-porten sig som en klassisk XOR-gate, og den sammenfiltrer ikke qubits. I dette tilfælde kan outputtilstanden udtrykkes som et tensorprodukt af de individuelle qubittilstande, hvilket indikerer, at de ikke er viklet ind.
For at illustrere dette koncept, lad os overveje et eksempel, hvor kontrol-qubit er i tilstanden |0⟩ og mål-qubit er i tilstanden |+⟩ (superpositionstilstand). Anvendelse af en CNOT-gate i dette scenarie vil resultere i, at mål-qubit'en forbliver uændret, hvilket viser, at entanglement ikke fandt sted.
Mens CNOT-porten er et kraftfuldt værktøj til at sammenfiltre qubits, afhænger dens evne til at sammenfiltre qubits af tilstanden af kontrol-qubit. Når kontrol-qubitten er i en superpositionstilstand, kan CNOT-porten sammenfiltre qubits; ellers opfører den sig klassisk og skaber ikke sammenfiltring.
Andre seneste spørgsmål og svar vedr EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals:
- Hvordan fungerer quantum negation gate (quantum NOT eller Pauli-X gate)?
- Hvorfor er Hadamard-porten selvvendbar?
- Hvis du måler den 1. qubit af Bell-tilstanden på en bestemt basis og derefter måler den 2. qubit i en basis, der er roteret med en bestemt vinkel theta, er sandsynligheden for, at du får projektion til den tilsvarende vektor lig med kvadratet af sinus af theta?
- Hvor mange stykker af klassisk information ville være nødvendige for at beskrive tilstanden af en vilkårlig qubit-superposition?
- Hvor mange dimensioner har et rum på 3 qubits?
- Vil målingen af en qubit ødelægge dens kvantesuperposition?
- Kan kvanteporte have flere input end output på samme måde som klassiske porte?
- Inkluderer den universelle familie af kvanteporte CNOT-porten og Hadamard-porten?
- Hvad er et dobbeltspaltet eksperiment?
- Er rotation af et polarisationsfilter svarende til ændring af fotonpolarisationsmålingsgrundlaget?
Se flere spørgsmål og svar i EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals