Como posso calcular o produto interno de dois registros quânticos de tamanhos diferentes?


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Eu encontrei um algoritmo que pode calcular a distância de dois estados quânticos. É baseado em uma sub-rotina conhecida como teste de troca (um estimador de fidelidade ou produto interno de dois estados, mas não entendo o que significa fidelidade).

Minha pergunta é sobre o produto interno. Como posso calcular o produto interno de dois registradores quânticos que contém um número diferente de qubits?

A descrição do algoritmo é encontrada neste artigo . Com base no terceiro passo que aparece na imagem, quero provar dando um exemplo.

Deixe: , e Tudo o que queremos é a fidelidade dos dois estados a seguir e e para calcular a distância entre e é dado como: então | b | = 5 Z = 50 | um ⟩ = 3|a|=5|b|=5Z=50 | b⟩=4

|a⟩=35|0⟩+45|1⟩
| ip⟩| & Phi;⟩| um⟩| b⟩| a-b| 2=2Z| ⟨& Phi;| ip⟩| 2| ip⟩=3
|b⟩=45|0⟩+35|1⟩
|ψ⟩|ϕ⟩|a⟩|b⟩|a−b|2=2Z|⟨ϕ|ψ⟩|2| & Phi;⟩=5
|ψ⟩=352|00⟩+452|01⟩++452|10⟩++352|11⟩
|ϕ⟩=550(|0⟩+|1⟩)
então como calcular
⟨ϕ|ψ⟩=??

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Em poucas palavras, você não pode. O produto interno é definido para 2 vetores do mesmo espaço (ou seja, 2 vetores da mesma dimensão), enquanto seus vetores (ou estados quânticos) não têm o mesmo tamanho.
— Nelimee

Respostas:


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Eu acho que você está olhando para as equações (130) e (131)? Portanto, aqui você tem e . Quando diz para calcular , o que realmente significa é preenchendo tudo com matrizes de identidade para torná-las todas as mesmo tamanho. Assim, o cálculo se torna onde e são os elementos de seu vetor|ψ⟩=(|0⟩|a⟩+|1⟩|b⟩)/2|ϕ⟩=|a||0⟩+|b||1⟩⟨ϕ|ψ⟩

(⟨ϕ|⊗I)|ψ⟩,
a0a1| um⟩1
12Z(|a|0|b|00|a|0|b|)⋅(a0a1b0b1),
a0a1|a⟩. Se você trabalhar com isso, obterá Não tenho ideia de onde o sinal negativo veio na equação (133).
12Z(|a||a⟩+|b||b⟩).

mais uma vez, senhor, o que você quer dizer com preencher tudo? Como posso interpretar isso na forma de circuito quântico?
— Aman

@Aman, quero dizer que, quando dois operadores (ou estados, neste caso) são definidos para conjuntos diferentes de qubits, a maneira que você os torna do mesmo tamanho é que você insere um produto tensorial com a matriz de identidade 2x2 para cada qubit que é não no conjunto fornecido.
— DaftWullie

@ Amã: Você só pode trocar registros de qubit. O que está acontecendo é que você troca o primeiro registro pelo primeiro qubit do segundo registro. Isso deixa a questão do que fazer com o qubit restante do segundo registro. Você aplica a operação de identidade a ele, o que explica de onde veio a identidade acima.
— Peter Shor

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Na verdade, deve haver um sinal de menos. Há um erro no jornal. Wittek usa um sinal de menos em seu livro (caro) .

|ψ⟩=12(|0,a⟩+|1,b⟩)
|ϕ⟩=1Z(|a||0⟩−|b||1⟩)

⟨ϕ|ψ⟩=12Z(|a|⟨0|−|b|⟨1|)(|0,a⟩+|1,b⟩)
=12Z(|a|⟨0|0⟩|a⟩−|b|⟨1|0⟩|a⟩+|a|⟨0|1⟩|b⟩−|b|⟨1|1⟩|b⟩)

=12Z(|a||a⟩−0+0−|b||b⟩)=12Z(|a||a⟩−|b||b⟩)

|ψ⟩|ϕ⟩


Obrigado senhor, mas em | temos 3 qubits ou 2 qubits?
— Aman

Você tem o número de qubits necessários para aeb (digamos N) e adiciona outro para N + 1.
— Cnada
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