Questions tagged «quantum-gate»

有关与量子门相关的用途，性能，实现，应用或理论的问题。

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如何使用量子计算机加1 + 1？
这可以看作是对量子计算机如何在硬件级别进行基本数学运算的软件补充？ 西班牙量子信息和量子技术网络第四网络的一位观众提出了这个问题。该人给出的背景是：“ 我是材料科学家。您正在介绍先进的复杂理论概念，但我很难描绘出量子计算机在简单任务中的实际操作。如果我使用二极管，晶体管等，我可以轻松弄清楚自己需要加1 + 1的经典运算。您将如何在量子计算机上进行详细操作？ ”
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什么是量子门隐形传态？
量子态隐形传态是一种量子信息协议，其中使用初始共享纠缠态，贝尔测量，经典通信和局部旋转在两方之间传输量子比特。显然，还有一种叫做量子门隐形传态的东西。 什么是量子门隐形传态？它的作用是什么？ 我对模拟量子电路的可能应用特别感兴趣。
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消除垃圾量子位为什么很重要？
大多数可逆量子算法都使用标准门，例如Toffoli门（CCNOT）或Fredkin门（CSWAP）。由于某些操作需要常量|0⟩|0⟩\left|0\right>作为输入，输入和输出的数目是相等的，垃圾量子位（或垃圾的量子位）显示在计算过程。 因此，像主电路|x⟩↦|f(x)⟩|x⟩↦|f(x)⟩\left|x\right>\mapsto\left|f(x)\right>实际上变为|x⟩|0⟩↦|f(x)⟩|g⟩|x⟩|0⟩↦|f(x)⟩|g⟩\left|x\right>\left|0\right>\mapsto\left|f(x)\right>\left|g\right>， 其中|g⟩|g⟩\left|g\right>代表垃圾量子位（或多个）。 保留原始值的电路以|x⟩|0⟩|0⟩↦|x⟩|f(x)⟩|g⟩|x⟩|0⟩|0⟩↦|x⟩|f(x)⟩|g⟩\left|x\right>\left|0\right>\left|0\right>\mapsto\left|x\right>\left|f(x)\right>\left|g\right> 我了解，如果我们希望电路保持可逆性，那么垃圾量子位是不可避免的，但是有许多来源11{}^1声称，消除它们很重要。为什么会这样呢？ 11{}^1由于需要资料来源，例如参见本arXiv论文，第8页，其中说 但是，这些简单操作中的每一个都包含许多附加的辅助qubit，这些辅助qubit用于存储中间结果，但最后并不相关。为了不浪费任何不必要的[sic]空间，因此重要的是将这些qubit重置为0，以便我们能够重用它们 或这份arXiv论文说 在设计有效的量子电路时，去除垃圾量子位和辅助量子位至关重要。 或许多其他来源-Google搜索会产生很多匹配。
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Toffoli门饰FANOUT
我一直在寻找可通过Q＃编程进行练习的量子电路的示例，但偶然发现了该电路： 来自：量子电路图示例-Michal Charemza 在我的量子计算入门课程中，我们被告知，克隆状态是QM律所禁止的，而在这种情况下，第一个控制量子比特被复制到第三个目标量子比特上。 我迅速尝试在Quirk上模拟电路，类似这样，以确认第一个qubit输出中状态的克隆。在Toffoli门之前测量qubit，实际上并没有真正的克隆，而是在第一个控制qubit上进行了更改，并在第一个和第三个qubit上进行了相等的输出。 通过简单的数学运算，可以显示出仅当第三个量子位处于初始状态0时才发生“克隆”，并且仅当对第一个量子位未执行“旋转操作”（如Quirk所示）时，才发生“克隆”或X。 我试图用Q＃编写仅能确认上述内容的程序。 我很难理解此操作如何更改第一个量子位，以及如何可能进行类似于克隆的操作。 先感谢您！
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量子门转换后，每个状态的概率如何变化？
量子门由矩阵表示，矩阵表示应用于量子位（状态）的转换。 假设我们有一个以量子位为单位的量子门。222 量子门如何影响（不一定改变量子门）量子位状态的测量结果（因为测量结果受每种可能状态的概率影响很大）？更具体地，是否可以预先知道每个状态的概率如何由于量子门而改变？
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对于控制和目标q位不相邻的3 qbit系统，如何导出CNOT矩阵？
在三qbit系统中，当控制和目标qbit的有效位相邻时，很容易得出CNOT运算符-您只需张紧2位CNOT运算符，使其身份矩阵处于未触及的qbit的重要位置即可： C10|ϕ2ϕ1ϕ0⟩=(I2⊗C10)|ϕ2ϕ1ϕ0⟩C10|ϕ2ϕ1ϕ0⟩=(I2⊗C10)|ϕ2ϕ1ϕ0⟩C_{10}|\phi_2\phi_1\phi_0\rangle = (\mathbb{I}_2 \otimes C_{10})|\phi_2\phi_1\phi_0\rangle 但是，当控制和目标q位在重要性上不相邻时，如何派生CNOT运算符并不明显： C20|ϕ2ϕ1ϕ0⟩C20|ϕ2ϕ1ϕ0⟩C_{20}|\phi_2\phi_1\phi_0\rangle 怎么做？
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获得栅极
我目前正在阅读Nielsen和Chuang撰写的“量子计算和量子信息”。在关于量子仿真的部分中，他们给出了一个说明性示例（第4.7.3节），我不太理解： 假设我们有哈密顿 H= Z1个⊗ ž2＆CircleTimes; ⋯ ＆CircleTimes; žñ，（4.113）（4.113）H=ž1个⊗ž2⊗⋯⊗žñ， H = Z_1 ⊗ Z_2 ⊗ \cdots ⊗ Z_n,\tag{4.113} 其中起作用的上ññn量子位系统。尽管这是涉及整个系统的交互，但实际上可以对其进行有效地仿真。我们希望的是一个简单的量子电路，它实现Ë- 我^ hΔ ŤË-一世HΔŤe^{-iH\Delta t}，对于任意值Δ ŤΔŤ\Delta t。在n = 3ñ=3n = 3，精确执行此操作的电路如图4.19所示。主要见解是，尽管哈密顿量涉及系统中的所有量子位，但它是在经典的方式：所述相移施加到该系统是Ë- 我Δ 吨Ë-一世ΔŤe^{-i\Delta t}如果奇偶校验的的ññn在计算基础量子位是偶数; 否则，相移应该Ë我Δ 吨Ë一世ΔŤe^{i\Delta t}。因此，通过首先经典地计算奇偶校验（将结果存储在辅助量子位中），然后应用以奇偶校验为条件的适当相移，然后不计算奇偶校验（以擦除辅助分量），可以简单地模拟HHH H= ⨂k = 1ñσķc （k ），H=⨂ķ=1个ñσC（ķ）ķ，H = \bigotimes_{k=1}^n\sigma_{c\left(k\right)}^k,σķc （k ）σC（ķ）ķ\sigma_{c(k)}^kķķkc （k ）∈ { 0 ，1 ，2 …
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多量子位测量是否在量子电路中有所作为？
考虑量子计算的单电路模型。如果需要通过电路在输入量子位之间产生纠缠，则它必须具有多量子位门，例如CNOT，因为在本地操作和经典通信下纠缠不会增加。因此，可以说具有多量子位门的量子计算与仅具有局部门的量子计算本质上是不同的。但是测量呢？ 包括对多个量子位的同时测量是否会在量子计算中有所作为，还是我们可以用局部测量来模拟这一点并带来一些开销？编辑： 通过“模拟局部测量”，我的意思是与局部测量+任何单一门具有相同的效果。 请注意，我不仅在询问测量一个量子位如何改变已经被问及回答的另一个量子位，或者是否可以进行这样的测量。我很想知道是否包括此类测量可以带来一些新的东西。
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为什么我们使用我们做的标准门设置？
通常用于量子计算的门集由单个量子位Cliffords（Paulis，H和S）以及受控NOT和/或受控Z组成。 超越Clifford，我们希望具有完整的单量子位旋转。但是，如果我们的目标是最小的，那么我们就选择T（Z的第四根）。 门装置的这种特殊形式会弹出所有内容。例如IBM的Quantum Experiment p。 到底为什么要这些门？例如，H做X和Z之间的映射工作。S同样做Y和X之间的映射工作，但因子也被引入。为什么不使用类似于Hadamard的ary而不是S？还是为什么不使用Y的平方根而不是H？当然，从数学上讲，这是等效的，但是按照惯例，它似乎更加一致。（X + Y ）/ √−1−1-1(X+Y)/2–√(X+Y)/2(X+Y)/\sqrt{2} 为什么我们的非Clifford门是Z的第四根？为什么不选择X或Y的第四根？ 哪些历史惯例导致了闸门设置的这种特殊选择？
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现实中如何实现量子门？
量子门似乎就像黑匣子。尽管我们知道它们将执行哪种操作，但我们不知道在现实中是否有可能实现（或者，是吗？）。在经典计算机中，我们使用AND，NOT，OR，XOR，NAND，NOR等，这些大多数使用半导体器件（如二极管和晶体管）来实现。量子门有类似的实验实现吗？量子计算中是否有“通用门”（例如NAND门在经典计算中是通用的）？
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