O que acontece se dois qubits emaranhados separadamente são passados ​​através de uma porta C-NOT?


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Suponha que eu transforme um estado da seguinte maneira:

  1. Começo com o estado .|0 0⟩⊗|0 0⟩⊗|0 0⟩⊗|0 0⟩
  2. Eu envolvo o primeiro e o segundo qubits (com um portão H e C-NOT).
  3. Então, emaranhar o terceiro e o quarto qubits da mesma maneira.

Se eu tentar aplicar o gate H e C-NOT no pós e no segundo e terceiro qubits, o sistema inteiro ficará enredado? O que acontece com o primeiro e o quarto qubits nesse caso?

( Publicação cruzada de Physics.SE )



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Concentrei sua postagem na primeira pergunta que você fez, que é a mais interessante das duas. Você deve evitar fazer mais de uma pergunta por postagem, a menos que elas estejam muito relacionadas.
— Niel de Beaudrap 19/04/19

Também seria bom se a pergunta incluísse um circuito quântico explícito para visualizar inequivocamente os portões que estão sendo aplicados.
— Agaitaarino 19/04/19

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Obrigado por suas perguntas! Como já foi dito, é melhor ter uma pergunta por post. Se você repassar a segunda pergunta como uma pergunta separada, tenho certeza de que também receberá uma resposta detalhada. Embora a resposta do DaftWullie também faça um bom trabalho.
— 21818 James Wootton

Obrigado pela sua resposta muito rápida. Eu sou um noobie nesse campo da computação quântica. Recentemente, assisti à lista de reprodução 'computação quântica para o determinado' [link] ( youtu.be/X2q1PuI2RFI?list=PL1826E60FD05B44E4 ) do youtube. Agora, estou tentando criar uma biblioteca de programação para emular o CQ (eu sei que já existem). Alguém pode me vincular alguma fonte, para que eu possa realmente aprender todas as coisas técnicas? tipo, eu não sabia o propósito de 'ρ' até a resposta. (eu preciso me perguntar isso como uma nova pergunta?)
— Midhun XDA

Respostas:


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( | 0 ⟩ ( | 0 ⟩ + | 1 ⟩ ) + | 1 ⟩ ( | 0 ⟩ - | 1 ⟩ ) ) ⊗ ( | 00 ⟩ + | 11 ⟩ ) / ( 2

(|00⟩+|11⟩)⊗(|00⟩+|11⟩)/2
(|0⟩⊗(|0⟩⊗(|00⟩+|11⟩)+|1⟩⊗(|10⟩+|01⟩))+|1⟩⊗(|0⟩⊗(|00⟩+|11⟩)-|1⟩⊗(
(|0 0⟩(|0 0⟩+|1 1⟩)+|1 1⟩(|0 0⟩-|1 1⟩))⊗(|00⟩+|11⟩)/(22)
(|0 0⟩⊗(|0 0⟩⊗(|00⟩+|11⟩)+|1 1⟩⊗(|10⟩+|01⟩))+|1 1⟩⊗(|0 0⟩⊗(|00⟩+|11⟩)-|1 1⟩⊗(|10⟩+|01⟩)))/(22)
Vamos reorganizar isso levemente como Observe que precisamos do estado completo de todo o sistema. Você realmente não pode falar sobre os estados dos qubits 1 e 4 separadamente devido ao emaranhamento.
|Ψ⟩=((|0 0⟩-|1 1⟩)|1 1⟩(|10⟩+|01⟩)+(|0 0⟩+|1 1⟩)|0 0⟩(|00⟩+|11⟩))/(22)

A questão de "ele ainda está enredado" é diretamente "sim", mas essa é realmente uma trivialidade de uma questão muito mais complexa. Está entrelaçado no sentido de que não é um estado do produto .|ψ1 1⟩⊗|ψ2⟩⊗|ψ3⟩⊗|ψ4⟩

Uma maneira simples de ver que esse estado está enredado é escolher uma bipartição, ou seja, uma divisão dos qubits em duas partes. Por exemplo, vamos considerar o qubit 1 como uma parte (A) e todos os outros como parte B. Se calcularmos o estado reduzido da parte A, um estado do produto (sem emaranhados) teria que dar um estado puro. Enquanto isso, se o estado reduzido não for puro, ou seja, tiver uma classificação maior que 1, o estado estará definitivamente entrelaçado. Por exemplo, neste caso, possui a classificação 2. Na verdade, não não importa o que você fez entre os qubits 2 e 3, comoρA

ρUMA=Tr(|Ψ⟩⟨Ψ|)=Eu2,
ρUMAé independente dessa unidade; ele não pode remover o emaranhamento criado com o qubit 1 (possivelmente o espalhe entre os qubits 2 e 3). O fato de você precisar observar diferentes bipartições para ver quais qubits estão enredados e quais já começam a indicar um pouco da complexidade. Para estados puros, é suficiente examinar cada uma das bipartições de 1 qubit com as demais. Se cada uma dessas matrizes de densidade reduzida tiver classificação 1, todo o seu estado é separável.

Em relação à sua pergunta, você pode procurar questões de "monogamia do emaranhado" - quanto mais o qubit 1 emaranhado está no qubit 2, o qubit menos emaranhado 1 está no qubit 3 (por exemplo), e isso pode ser quantificado em várias maneiras diferentes. Da mesma forma, você pode fazer perguntas sobre "que tipo de envolvimento existe?". Uma abordagem é examinar quais tipos de emaranhamento podem ser convertidos em diferentes tipos (geralmente denominados "classes de equivalência SLOCC"). Por exemplo, com 3 qubits, as pessoas fazem a distinção entre entrelaçamento no estado W, que se parece com e o entrelaçamento de GHZ que se parece com , bem como entrelaçamento bipartido entre diferentes pares de qubits e um estado separável do outro.| 000 ⟩ + | 111 ⟩|001⟩+|010⟩+|100⟩|000⟩+|111⟩

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