如何考虑Bloch球面中的Z门?


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我对如何理解Bloch球面中的门感到困惑。ž

考虑矩阵,可以理解的是和。ž=1个00-1个ž|0=|0ž|1个=-|1个

在此说明, gate是绕轴旋转的旋转。然后,我应该如何理解?由于是南极,所以我自然而然地认为绕轴旋转并没有任何作用。žπžž|1个=-|1个|1个πž

Answers:


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思考布洛赫球的方法是根据状态的密度矩阵。作用于或什么也不做,对于任何对角线密度矩阵都是如此。要查看旋转的效果,需要查看如何改变任何非对角密度矩阵,例如。ž|00||1个1个|ž|++|


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|1个和被分配给Bloch球面上的同一点,因为它们在全局相位上相等。代数:其中表示“等于全局相位”。意味着有一些使得。-|1个|1个-|1个θ-|1个=Ë一世θ|1个

令您感到困惑的是,尽管事实是和,但对于两者的线性组合却并非如此。例如,即使。|0ž|0|1个ž|1个ž|+ž|+|+=1个2|0+1个2|1个


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根据维基百科,我们可以将任何纯状态写为

|ψ=cosθ2|0+Ë一世ϕθ2|1个

其中和是布洛赫球上的角度:θϕ

除极点外,几乎所有点(即纯态)在角度方面都具有唯一的表示形式。就像地球上的南极没有明确定义的经度(任何经度的工作原理一样),对于状态,任何相位表示同一件事。“纬度”在这里,让我们将其插入方程式:|1个ϕθπ

|1个=cosπ2|0+Ë一世ϕπ2|1个=
=0+Ë一世ϕ|1个

如果您熟悉欧拉的身份,您可能会认识到是复平面中的旋转。特别地,由于是的旋转,因此得到著名的,最终得出。Ë一世ϕžϕ=πË一世π=-1个|1个=-|1个


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错了 编写会产生误导:这些是等效状态,因为它们仅在全局相位上有所不同,但这并不意味着状态向量是相同的。之所以得到该结果,是因为您假设状态向量与Bloch球面上的点之间存在双射,而事实并非如此。双射站在布洛赫(Bloch)球面上的点之间,并且被描述为密度矩阵的状态|1个=-|1个
glS

@glS谢谢,从中得出的看上去确实有些可疑。从您的角度来看,改善答案是否有意义,还是无可避免地错误?1个=-1个
Norrius

那就是您的电话=)。我认为正确的答案是DaftWullie给出的答案(我认为提问者与您的答案中的误解相似)。对于这个问题,我没有什么可说的了
glS
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