Controlled-NOT (CNOT) -portti on perustavanlaatuinen kahden qubitin kvanttiportti, jolla on ratkaiseva rooli kvanttitietojen käsittelyssä. Se on välttämätön kubittien sotkeutumiseen, mutta se ei aina johda kubittien sotkeutumiseen. Tämän ymmärtämiseksi meidän on perehdyttävä kvanttilaskennan periaatteisiin ja kubittien käyttäytymiseen eri operaatioissa.
Kvanttilaskennassa kubitit voivat esiintyä superpositiotiloissa, jotka edustavat sekä 0:ta että 1:tä samanaikaisesti. Sovellettaessa yksi-qubit-portteja, kuten Pauli-X-porttia tai Hadamard-porttia, superpositiotilassa olevaan kubittiin, se voi muuttaa tilojen todennäköisyysamplitudeja sotkematta kubittia toiseen. Tämä tarkoittaa, että yhden kubitin portit voivat manipuloida kubitin tilaa luomatta kietoutumista muihin kubitteihin.
Toisaalta CNOT-portti vaikuttaa kahteen kubittiin, joita tyypillisesti kutsutaan ohjauskubitiksi ja kohdekubitiksi. CNOT-portti kääntää kohdekubitin tilan jos ja vain, jos ohjauskubitti on tilassa |1⟩. Tämä operaatio johtaa sotkeutumiseen kahden kubitin välillä, jos ohjauskubitti on superpositiotilassa. Kun ohjauskubitti on superpositiossa |0⟩ ja |1⟩, tuloksena oleva tila CNOT-portin käytön jälkeen on kahden kubitin kietoutunut tila.
Kuitenkin, jos ohjauskubitti on määrätyssä tilassa (joko |0⟩ tai |1⟩), CNOT-portti käyttäytyy kuin klassinen XOR-portti, eikä se sotke kubitteja. Tässä tapauksessa lähtötila voidaan ilmaista yksittäisten kubittitilojen tensoritulona, mikä osoittaa, että ne eivät ole kietoutuneet.
Tämän käsitteen havainnollistamiseksi tarkastellaan esimerkkiä, jossa ohjauskubitti on tilassa |0⟩ ja kohdekubitti tilassa |+⟩ (superpositiotila). CNOT-portin käyttäminen tässä skenaariossa johtaisi siihen, että kohdekubitti pysyy muuttumattomana, mikä osoittaa, että sotkeutumista ei tapahtunut.
Vaikka CNOT-portti on tehokas työkalu kubittien sotkemiseen, sen kyky sotkea kubitit riippuu ohjauskubitin tilasta. Kun ohjauskubitti on superpositiotilassa, CNOT-portti voi sotkeutua kubitit; muuten se käyttäytyy klassisesti eikä aiheuta sotkeutumista.
Muita viimeaikaisia kysymyksiä ja vastauksia liittyen EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals:
- Kuinka kvanttinegaation portti (quantum NOT tai Pauli-X-portti) toimii?
- Miksi Hadamardin portti on itsestään palautuva?
- Jos mitataan Bell-tilan ensimmäinen kubitti tietyssä kannassa ja mitataan sitten 1. kubitti kannassa, jota on kierretty tietyllä kulmalla theta, niin todennäköisyys, että saat projektion vastaavaan vektoriin, on sama kuin thetan sinin neliö?
- Kuinka monta bittiä klassista informaatiota tarvitaan kuvaamaan mielivaltaisen kubitin superpositiota?
- Kuinka monella ulottuvuudella on 3 kubitin tila?
- Tuhoaako kubitin mittaus sen kvanttisuperposition?
- Voiko kvanttiporteilla olla enemmän tuloja kuin lähtöjä samalla tavalla kuin klassisilla porteilla?
- Sisältääkö kvanttiporttien universaali perhe CNOT-portin ja Hadamard-portin?
- Mikä on kaksoisrako-koe?
- Vastaako polarisoivan suodattimen pyörittäminen fotonipolarisaation mittausperustan muuttamista?
Katso lisää kysymyksiä ja vastauksia EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentalsista