Como pensar no portão Z em uma esfera de Bloch?


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Estou confuso sobre como entender o portão em uma esfera de Bloch.Z

Considerando a matriz , é compreensível que e . Z | 0 ⟩ = | 0 ⟩ Z | 1 ⟩ = - | 1 ⟩Z=(100−1)Z|0⟩=|0⟩Z|1⟩=−|1⟩

É explicado aqui que a porta é rotação em torno do eixoEntão, como devo entender ? Como é o polo sul, acho natural pensar que a rotação em torno do eixo não faz nada.π Z Z | 1 ⟩ = - | 1 ⟩ | 1 ⟩ ¸ ZZπZZ|1⟩=−|1⟩|1⟩πZ

Respostas:


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A maneira de pensar sobre a esfera de Bloch é em termos da matriz de densidade para o estado. atuando em qualquer um | 0 ⟩ ⟨ 0 | ou | 1 ⟩ ⟨ 1 | não faz nada, como acontece com qualquer matriz de densidade diagonal. Para ver o efeito da rotação, é necessário observar como qualquer matriz de densidade não diagonal é alterada por Z , como | + ⟩ ⟨ + | .Z|0⟩⟨0 0||1 1⟩⟨1 1|Z|+⟩⟨+|


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e - | 1 ⟩ são designados para o mesmo ponto na esfera Bloch, porque eles são iguaisaté a fase mundial. Algebricamente: | 1 ⟩ ≡ - | 1 ⟩ onde ≡ significa "igual até a fase global". Ou seja, existe algum θ tal que - | 1 ⟩ = e i q | 1 ⟩ .|1 1⟩-|1 1⟩|1 1⟩≡-|1 1⟩≡θ−|1⟩=eiθ|1⟩

O que está confundindo você é que, apesar do fato de que e | 1 ⟩ ≡ Z | 1 ⟩ , isto não é verdade para as combinações lineares dos dois. Por exemplo, Z | + ⟩ ≢ Z | + Though embora | + ⟩ = 1|0⟩≡Z|0⟩|1⟩≡Z|1⟩Z|+⟩≢Z|+⟩.|+⟩=12|0⟩+12|1⟩


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Conforme Wikipedia , podemos escrever qualquer estado puro como

|ψ⟩=porque⁡(θ2)|0 0⟩+eEuϕpecado⁡(θ2)|1 1⟩

Onde e ϕ são os ângulos da esfera de Bloch:θϕ

Quase qualquer ponto da superfície (ou seja, estado puro) tem uma representação única em termos de ângulos, exceto os pólos. Assim como na Terra, o Polo Sul não tem longitude bem definida (qualquer longitude funciona da mesma maneira), para o estado qualquer fase φ significa a mesma coisa. A "latitude" θ está aqui π , vamos inserir isso na equação:|1 1⟩ϕθπ

=0+ei& Phi;| 1⟩

|1 1⟩=porque⁡(π2)|0 0⟩+eEuϕpecado⁡(π2)|1 1⟩=
=0 0+eEuϕ|1 1⟩

Se você estiver familiarizado com a identidade de Euler, você provavelmente irá reconhecer como uma rotação no plano complexo. Em particular, como Z é uma rotação para ϕ = π , obtemos o famoso e i π = - 1 , chegando finalmente a | 1 ⟩ = - | 1 ⟩ .eEuϕZϕ=πeEuπ=-1 1|1 1⟩=-|1 1⟩


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|1 1⟩=-|1 1⟩

1 1=-1 1

essa é a sua chamada =). Eu acho que a resposta correta é a dada por DaftWullie (acredito que o autor da pergunta teve um equívoco semelhante ao da sua resposta). Não vejo muito o que dizer sobre esta questão
— glS
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