Portão CNOT em Qubits emaranhados


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Eu estava tentando gerar o estado de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) para estados usando computação quântica, começando com | 000 ... 000⟩ (N vezes)N|000...000

A solução proposta é aplicar primeiro o Hadamard Transformation no primeiro qubit e depois iniciar um loop de portas CNOT com o primeiro qubit de todos os outros.

Não consigo entender como posso executar o CNOT ( ) se q 1 fizer parte de um par emaranhado, como o estado Bell 0 B que se forma aqui após a transformação Hadamard.q1,q2q1B0

Eu sei como escrever o código para ele, mas algebricamente, por que esse método é correto e como é feito? Obrigado.

Respostas:


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Não consigo entender como posso executar o CNOT ( ) se q 1 fizer parte de um par emaranhado, como o estado Bell 0 B que se forma aqui após a transformação Hadamard.q1,q2q1B0

A chave é observar o que acontece com os estados da base computacional (ou, nesse caso, com qualquer outro conjunto completo de estados da base) ao aplicar as portas quânticas relevantes. Não importa se o estado é emaranhado ou separável. Este método sempre funciona.

Vamos considerar o estado Bell de qubit (de dois qubits A e B ):2AB

|Ψ=12(|00+|11)

é formado por um iguallinearsuperposição dos estados básicos computacionais | 00 & | 11 (que pode ser expresso como | 0 Um| 0 B e | 1 Um| 1 B respectivamente) e | 1 A| 1 B . Não precisamos nos preocupar com os outros dois estados de base computacional: | 01 |Ψ|00|11|0A|0B|1A|1B|1A|1B|01e como eles não são parte da superposição de estados de Bell | VF . Um portão CNOT basicamente vira (ou seja, faz qualquer um dos dois mapeamentos | 0 | 1 ou | 1 | 0 ) o estado do qbit B no caso do qbit A está no estado | 1 , ou então ele não faz nada.|10|Ψ|0|1|1|0B A|1

Então, basicamente, o CNOT manterá o estado da base computacional como ela é. No entanto, ele converterá o estado da base computacional | 11 para | 10 . Da ação do CNOT em | 00 e | 11 , você pode deduzir a ação de CNOT sobre o estado de superposição | VF agora:|00|11|10|00|11|Ψ

CNOT|Ψ=12(|00+|10)

Editar :

|Ψ C

Também nesse caso, você pode proceder da mesma maneira que acima.

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|Ψ|0C=12(|0A|0B+|1A|1B)|0C
=12(|0A|0B|0C+|1A|1B|0C)

B

|000|110|000=|0A|0B|0CB|0C|0B|0C|110=|1A|1B|0CB|1C|0B|1C|1

Assim, você acaba com o estado:

12(|0A|0B|0C+|1A|1B|1C)

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B0|0>

q1|0

q1q1q1|0>

@SatvikGolechha Atualizou a resposta. Certo, agora?
Sanchayan Dutta 16/07

Muitíssimo obrigado! O uso das propriedades do produto Tensor torna tudo muito claro e agora se encaixa perfeitamente. Marquei esta resposta como aceita.
Satvik Golechha

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ψ1=|000ψ2=(HII)ψ1=12(|0+|1)|00=12(|000+|100)ψ3=(CNOT12I)ψ2=12(|000+|110)ψ4=(CNOT13I2)ψ3=12(|000+|111)

CNOTij24×4C2C2qiqjCNOTij

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