Controlled-NOT (CNOT) კარიბჭე არის ფუნდამენტური ორკუბიტიანი კვანტური კარიბჭე, რომელიც გადამწყვეტ როლს ასრულებს კვანტური ინფორმაციის დამუშავებაში. ის აუცილებელია კუბიტების ჩახლართვისთვის, მაგრამ ყოველთვის არ იწვევს კუბიტების ჩახლართულობას. ამის გასაგებად, ჩვენ უნდა ჩავუღრმავდეთ კვანტური გამოთვლის პრინციპებს და კუბიტების ქცევას სხვადასხვა ოპერაციებში.
კვანტურ გამოთვლებში კუბიტები შეიძლება არსებობდეს სუპერპოზიციურ მდგომარეობებში, რომლებიც ერთდროულად წარმოადგენენ 0-ს და 1-ს. ერთკუბიტიანი კარიბჭის გამოყენებისას, როგორიცაა პაული-X კარიბჭე ან ჰადამარდის კარიბჭე, კუბიტზე სუპერპოზიციურ მდგომარეობაში, მას შეუძლია შეცვალოს მდგომარეობების ალბათობის ამპლიტუდები კუბიტის სხვასთან ჩაბმის გარეშე. ეს ნიშნავს, რომ ერთ კუბიტიან კარიბჭეებს შეუძლიათ მანიპულირება კუბიტის მდგომარეობით სხვა კუბიტებთან ჩახლართულობის შექმნის გარეშე.
მეორეს მხრივ, CNOT კარიბჭე მოქმედებს ორ კუბიტზე, რომელსაც ჩვეულებრივ უწოდებენ საკონტროლო კუბიტს და სამიზნე კუბიტს. CNOT კარიბჭე აბრუნებს სამიზნე კუბიტის მდგომარეობას, თუ და მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ საკონტროლო კუბიტი არის |1⟩ მდგომარეობაში. ეს ოპერაცია იწვევს ორ კუბიტს შორის ჩახლართვას, თუ საკონტროლო კუბიტი სუპერპოზიციურ მდგომარეობაშია. როდესაც საკონტროლო კუბიტი არის |0⟩ და |1⟩-ის სუპერპოზიციაში, CNOT კარიბჭის გამოყენების შემდეგ მიღებული მდგომარეობა არის ორი კუბიტის ჩახლართული მდგომარეობა.
თუმცა, თუ საკონტროლო კუბიტი გარკვეულ მდგომარეობაშია (ან |0⟩ ან |1⟩), CNOT კარიბჭე იქცევა კლასიკური XOR კარიბჭის მსგავსად და ის არ ახვევს კუბიტებს. ამ შემთხვევაში, გამომავალი მდგომარეობა შეიძლება გამოიხატოს ცალკეული კუბიტის მდგომარეობების ტენსორის ნამრავლად, რაც მიუთითებს, რომ ისინი არ არიან ჩახლართული.
ამ კონცეფციის საილუსტრაციოდ, განვიხილოთ მაგალითი, სადაც საკონტროლო კუბიტი არის |0⟩ მდგომარეობაში და სამიზნე კუბიტი არის |+⟩ (სუპერპოზიციის მდგომარეობა). CNOT კარიბჭის გამოყენება ამ სცენარში გამოიწვევს სამიზნე კუბიტის უცვლელად დარჩენას, რაც აჩვენებს, რომ ჩახლართულობა არ მომხდარა.
მიუხედავად იმისა, რომ CNOT კარიბჭე არის მძლავრი ინსტრუმენტი კუბიტების ჩახლართვისთვის, მისი უნარი კუბიტების ჩახლართვაზე დამოკიდებულია საკონტროლო კუბიტის მდგომარეობაზე. როდესაც საკონტროლო კუბიტი სუპერპოზიციურ მდგომარეობაშია, CNOT კარიბჭეს შეუძლია კუბიტების ჩაბმა; წინააღმდეგ შემთხვევაში, ის კლასიკურად იქცევა და არ ქმნის ჩახლართვას.
სხვა ბოლოდროინდელი კითხვები და პასუხები EITC/QI/QIF კვანტური ინფორმაციის საფუძვლები:
- როგორ მუშაობს კვანტური უარყოფის კარიბჭე (quantum NOT ან Pauli-X კარიბჭე)?
- რატომ არის ჰადამარდის კარიბჭე თვითშექცევად?
- თუ ბელის მდგომარეობის 1-ლი კუბიტი გავზომოთ გარკვეულ საფუძველზე და შემდეგ გავზომოთ მე-2 კუბიტი გარკვეული კუთხით თეტა ბრუნვით, ალბათობა იმისა, რომ მიიღებთ პროექციას შესაბამის ვექტორთან, ტოლია თეტას სინუს კვადრატის?
- რამდენი ბიტი კლასიკური ინფორმაცია იქნება საჭირო თვითნებური კუბიტის სუპერპოზიციის მდგომარეობის აღსაწერად?
- რამდენი განზომილება აქვს 3 კუბიტის სივრცეს?
- გაანადგურებს თუ არა კუბიტის გაზომვა მის კვანტურ სუპერპოზიციას?
- შეიძლება თუ არა კვანტურ კარიბჭეებს ჰქონდეთ მეტი შეყვანა, ვიდრე გამომავალი, ისევე როგორც კლასიკური კარიბჭეები?
- მოიცავს თუ არა კვანტური კარიბჭეების უნივერსალური ოჯახი CNOT კარიბჭეს და ჰადამარდის კარიბჭეს?
- რა არის ორმაგი ჭრილის ექსპერიმენტი?
- არის თუ არა პოლარიზებული ფილტრის ბრუნვა ფოტონის პოლარიზაციის გაზომვის საფუძვლის შეცვლას?
იხილეთ მეტი კითხვა და პასუხი EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals-ში