A Controlled-NOT (CNOT) kapu egy alapvető két qubites kvantumkapu, amely döntő szerepet játszik a kvantuminformációk feldolgozásában. Elengedhetetlen a qubitek összefonódásához, de nem mindig vezet qubit-összefonódáshoz. Ennek megértéséhez elmélyülnünk kell a kvantumszámítás alapelveiben és a qubitek viselkedésében különböző műveletek alatt.
A kvantumszámításban a qubitek szuperpozíciós állapotokban létezhetnek, és egyszerre jelentenek 0-t és 1-et. Ha egy-kubites kapukat, például Pauli-X kaput vagy Hadamard kaput alkalmazunk egy szuperpozíciós állapotban lévő qubitre, megváltoztathatja az állapotok valószínűségi amplitúdóit anélkül, hogy a qubitet összezavarná egy másikkal. Ez azt jelenti, hogy az egy qubites kapuk képesek manipulálni a qubit állapotát anélkül, hogy összefonódást hoznának létre más qubitekkel.
Másrészt a CNOT kapu két qubitre hat, amelyeket általában vezérlő qubitnek és cél qubitnek neveznek. A CNOT kapu akkor és csak akkor fordítja meg a cél qubit állapotát, ha a vezérlő qubit |1⟩ állapotban van. Ez a művelet összefonódást eredményez a két qubit között, ha a vezérlő qubit szuperpozíciós állapotban van. Ha a vezérlő qubit |0⟩ és |1⟩ szuperpozíciójában van, a CNOT kapu alkalmazása után a kapott állapot a két qubit összefonódott állapota.
Ha azonban a vezérlő qubit meghatározott állapotban van (akár |0⟩, akár |1⟩), a CNOT-kapu klasszikus XOR-kapuként viselkedik, és nem köti össze a qubiteket. Ebben az esetben a kimeneti állapot az egyes qubit állapotok tenzorszorzataként fejezhető ki, jelezve, hogy nincsenek összegabalyodva.
Ennek a koncepciónak a szemléltetésére nézzünk meg egy példát, ahol a vezérlő qubit |0⟩, a cél qubit pedig |+⟩ (szuperpozíciós állapot) állapotban van. A CNOT kapu alkalmazása ebben a forgatókönyvben azt eredményezi, hogy a cél qubit változatlan marad, ami azt mutatja, hogy nem történt összefonódás.
Míg a CNOT-kapu hatékony eszköz a qubitek összefonására, a qubit-összegabalyítási képessége a vezérlő qubit állapotától függ. Amikor a vezérlő qubit szuperpozíciós állapotban van, a CNOT kapu összekuszálhatja a qubiteket; egyébként klasszikusan viselkedik és nem hoz létre összefonódást.
További friss kérdések és válaszok ezzel kapcsolatban EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals:
- Hogyan működik a kvantumnegációs kapu (kvantum NOT vagy Pauli-X kapu)?
- Miért önvisszafordítható a Hadamard-kapu?
- Ha megméri a Bell állapot 1. qubitjét egy bizonyos bázisban, majd megméri a 2. qubitet egy bizonyos théta szöggel elforgatott bázisban, akkor annak a valószínűsége, hogy a megfelelő vektorra vetítést kap, egyenlő a théta szinuszának négyzetével?
- Hány bit klasszikus információra lenne szükség egy tetszőleges qubit szuperpozíció állapotának leírásához?
- Hány dimenziónak van 3 qubites tere?
- Egy qubit mérése tönkreteszi a kvantum-szuperpozícióját?
- Lehet-e a kvantumkapuknak több bemenete, mint kimenete, hasonlóan a klasszikus kapuknak?
- A kvantumkapuk univerzális családjába tartozik a CNOT és a Hadamard kapu?
- Mi az a kétrés kísérlet?
- A polarizáló szűrő forgatása egyenértékű-e a fotonpolarizáció mérési alapjának megváltoztatásával?
További kérdések és válaszok az EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals című kiadványban