如果两个单独纠缠的量子比特通过C-NOT门,会发生什么?


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假设我将状态转换如下:

  1. 我从状态。|0⟩⊗|0⟩⊗|0⟩⊗|0⟩
  2. 我纠缠了第一和第二个量子位(带有H门和C-NOT)。
  3. 然后,我以相同的方式纠缠第三和第四量子位。

如果我尝试将H gate和C-NOT应用于第二个和第三个qubit后缀,整个系统是否会纠缠在一起?在这种情况下,第一个和第四个量子位会发生什么?

(从Physics.SE交叉发布)



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我已将您的帖子重点放在您提出的第一个问题上,这是两个中比较有趣的一个。您应该避免每个帖子都问一个以上的问题,除非它们之间有密切的联系。
— Niel de Beaudrap,

如果问题中包含一个明确的量子电路,以清晰地可视化所应用的门,那也将很好。
— agaitaarino '18

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感谢您的提问!正如其他人所说,每个帖子最好有一个问题。如果您将第二个问题重新发布为单独的问题,我相信您也将获得详细的答案。尽管DaftWullie的回答也做得很好。
— James Wootton

感谢您的快速回复。我是这个量子计算领域的新手。我最近从youtube上观看了“确定的量子计算” [link](youtu.be/X2q1PuI2RFI?list=PL1826E60FD05B44E4)播放列表。现在,我正在尝试创建一个编程库来模拟QC(我知道已经存在)。有人可以联系我一些资料,以便我实际上可以学习所有技术知识吗?就像,直到答案我才知道“ρ”的目的。(我需要提出一个新问题吗?)
— Midhun XDA

Answers:


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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⟩+|1个⟩)+|1个⟩(|0⟩-|1个⟩))⊗(|00⟩+|11⟩)/(22)
(|0⟩⊗(|0⟩⊗(|00⟩+|11⟩)+|1个⟩⊗(|10⟩+|01⟩))+|1个⟩⊗(|0⟩⊗(|00⟩+|11⟩)-|1个⟩⊗(|10⟩+|01⟩)))/(22)
让我们稍微重新排列一下,因为 请注意,我们需要整个系统的完整状态。由于纠缠,您无法真正分别谈论量子位1和4的状态。
|Ψ⟩=((|0⟩-|1个⟩)|1个⟩(|10⟩+|01⟩)+(|0⟩+|1个⟩)|0⟩(|00⟩+|11⟩))/(22)

“它是否仍然纠缠”的问题直接是“是”,但这实际上是一个更为复杂的问题的琐碎问题。从某种意义上来说,它不是产品状态。|ψ1个⟩⊗|ψ2⟩⊗|ψ3⟩⊗|ψ4⟩

观察该状态纠缠的一种简单方法是选择一个二分法,即将量子位拆分为两方。例如,让我们将qubit 1作为一个方(A),将所有其他的作为方B。如果我们计算出方A的简化状态,则乘积状态(无纠缠)将必须给出一个纯状态。同时,如果缩小状态不是纯的,即等级大于1,则肯定会纠缠状态。例如,在这种情况下, 排名为2。实际上,它没有排名不管您在第2位和第3位之间做过什么,如

ρ一个=Tr(|Ψ⟩⟨Ψ|)=一世2,
ρ一个独立于那个unit;它无法消除由量子位1创建的纠缠(可能将其散布在量子位2和3之间)。您必须查看不同的分区,以查看哪些量子位已与之纠缠这一事实已经开始表明某些复杂性。对于纯态,只需将1量子位的每个二等分与其余部分一起看即可。如果这些降低密度的矩阵中的每一个都是1级,则整个状态是可分离的。

与您的问题相关,您可能希望查找“纠缠一夫一妻制”的问题-纠缠的qubit 1与qubit 2纠缠得越多,纠缠的qubit 1与qubit 3纠缠得越少,例如,可以量化为多种不同的方式。同样,您可以提出有关“有什么样的纠缠?”的问题。一种方法是查看哪些纠缠类型可以转换为不同类型(通常称为“ SLOCC等效类”)。例如,人们使用3个量子位来区分W状态缠结(看起来像和GHZ缠结(看起来像,以及不同对量子位之间的二分纠缠,而另一对则处于可分离状态。|001⟩+|010⟩+|100⟩|000⟩+|111⟩

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