კვანტური ინფორმაციის სფეროში, კუბიტი, კვანტური ინფორმაციის ფუნდამენტური ერთეული, შეიძლება მართლაც იყოს კონცეპტუალირებული, როგორც მისი ევოლუციის დროს მდგომარეობის ბრუნვა. ეს ცნება სათავეს იღებს კუბიტების თანდაყოლილი კვანტური მექანიკური თვისებებიდან, რაც მათ საშუალებას აძლევს არსებობდნენ კლასიკური მდგომარეობების სუპერპოზიციებში, განსხვავებით კლასიკური ბიტებისგან, რომლებიც შეიძლება იყოს მხოლოდ ორ მდგომარეობაში (0 ან 1) ერთდროულად. კუბიტის მდგომარეობის ევოლუციას მართავს კვანტური კარიბჭეები, რომლებიც კლასიკური ლოგიკური კარიბჭის ანალოგია, მაგრამ მოქმედებს კვანტურ მდგომარეობებზე. ამ კარიბჭეებს შეუძლიათ კუბიტის მდგომარეობით მანიპულირება, რაც იწვევს მდგომარეობის ბრუნვას რთულ ვექტორულ სივრცეში, რომელიც ცნობილია როგორც ბლოხის სფერო.
კუბიტის მდგომარეობა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მისი საბაზისო მდგომარეობების წრფივი კომბინაცია, რომელიც პირობითად აღინიშნება როგორც |0⟩ და |1⟩. ბლოხის სფეროს წარმოდგენაში, კუბიტის ნებისმიერი სუფთა მდგომარეობა შეიძლება ვიზუალურად იყოს წარმოდგენილი, როგორც წერტილი სფეროს ზედაპირზე, სადაც პოლუსები შეესაბამება საბაზისო მდგომარეობებს |0⟩ და |1⟩. კუბიტის ევოლუცია მოიცავს კვანტური ოპერაციების გამოყენებას, რომლებიც წარმოდგენილია უნიტარული მატრიცებით, მისი მდგომარეობის გარდაქმნისთვის. ეს ოპერაციები იწვევს ბრუნვას ბლოხის სფეროზე, ცვლის კუბიტის გაზომვის ალბათობას |0⟩ და |1⟩ მდგომარეობებში.
ერთ-ერთი ყველაზე ფუნდამენტური კვანტური კარიბჭე არის პაული-X კარიბჭე, რომელიც კლასიკური NOT კარიბჭის ტოლფასია. როდესაც გამოიყენება კუბიტზე თავდაპირველად |0⟩ მდგომარეობაში, Pauli-X კარიბჭე აბრუნებს კუბიტის მდგომარეობას |1⟩-მდე. ეს ბრუნვა შეიძლება ვიზუალურად წარმოვიდგინოთ, როგორც კუბიტის მდგომარეობის ასახვა ბლოხის სფეროს ეკვატორზე. ანალოგიურად, ჰადამარდის კარიბჭე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სუპერპოზიციური მდგომარეობების შესაქმნელად კუბიტის მდგომარეობის ბრუნვით ბლოხის სფეროს ეკვატორზე, თანაბარი მანძილით |0⟩ და |1⟩ პოლუსებიდან.
უფრო მეტიც, მდგომარეობის ბრუნვის კონცეფცია გადამწყვეტია კვანტური ალგორითმებისა და კვანტური გამოთვლების გასაგებად. კვანტური ალგორითმები იყენებენ კვანტური კარიბჭის უნარს მანიპულირებენ კუბიტის მდგომარეობებს ბრუნვის საშუალებით, რაც საშუალებას აძლევს პარალელიზმს და ჩარევის ეფექტებს, რომლებიც ემყარება კვანტურ სიჩქარეს. მაგალითად, შორის ალგორითმში მთელი რიცხვების ფაქტორიზაციისთვის, კვანტური ფურიეს ტრანსფორმაციის კარიბჭე ახორციელებს ბრუნვას კუბიტის მდგომარეობებზე, რათა ეფექტურად აღმოაჩინოს კომპოზიტური რიცხვის ძირითადი ფაქტორები, რაც აჩვენებს მდგომარეობის ბრუნვის ძალას კვანტური ინფორმაციის დამუშავებისას.
კუბიტის ევოლუცია შეიძლება დახასიათდეს, როგორც მდგომარეობის ბრუნვა ბლოხის სფეროს წარმოდგენის შიგნით, რასაც ხელს უწყობს კვანტური კარიბჭეები, რომლებიც მანიპულირებენ კუბიტის მდგომარეობას უნიტარული გზით. კუბიტების ევოლუციის გაგება მდგომარეობის ბრუნვის თვალსაზრისით არის საფუძველი კვანტური ინფორმაციის თეორიისა და კვანტური გამოთვლის პრინციპების გასაგებად.
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