Brama Toffoli jako FANOUT


16

Szukałem przykładów obwodów kwantowych do ćwiczenia z programowaniem Q # i natknąłem się na ten obwód: Toffoli Gate jako FANOUT

Od : Przykłady schematów obwodów kwantowych - Michał Charemza

Podczas moich wstępnych kursów obliczeń kwantowych nauczono nas, że klonowanie stanu jest zabronione przez prawa QM, podczas gdy w tym przypadku pierwszy kubit kontrolny jest kopiowany na trzeci kubit docelowy.

Szybko próbowałem zasymulować obwód na Quirku, coś w tym rodzaju, co potwierdza klonowanie stanu wyjściowego na pierwszym kubicie. Mierzenie kubitu przed bramką Toffoli pokazuje, że tak naprawdę nie jest to prawdziwe klonowanie, ale zmiana pierwszego kubita kontrolnego i równa wydajność na pierwszym i trzecim kubicie.

Wykonując prostą matematykę, można wykazać, że „klonowanie” ma miejsce tylko wtedy, gdy trzeci kubit jest w stanie początkowym 0, i tylko wtedy, gdy na pierwszym kubicie nie zostanie wykonana „operacja wirowania” (jak wskazano na Quirku) na Y lub X.

Próbowałem napisać program w Q #, który tylko potwierdził to, co zostało wspomniane powyżej.

Mam problem ze zrozumieniem, jak zmienia się pierwszy kubit przez tę operację i jak możliwe jest coś podobnego do klonowania.

Z góry dziękuję!


1
To doskonałe pytanie i dziękuję za wysiłek, aby sformatować je tak ładnie.
— user1271772,

Odpowiedzi:


10

Aby uprościć pytanie, rozważ bramę CNOT zamiast bramy Toffoli; CNOT jest także fanoutem, ponieważ

|0⟩|0⟩→|0⟩|0⟩|1⟩|0⟩→|1⟩|1⟩

i wygląda jak klonowanie dla dowolnego stanu bazowego | x ⟩ | 0 ⟩ → | x ⟩ | x ⟩x∈{0,1}

|x⟩|0⟩→|x⟩|x⟩

ale jeśli weźmiesz superpozycję następnie|ψ⟩=α|0⟩+β|1⟩

(α|0⟩+β|1⟩)|0⟩→α|0⟩|0⟩+β|1⟩|1⟩

tak ogólnie

|ψ⟩|0⟩↛|ψ⟩|ψ⟩

a fanout nie klonuje.

Jeśli chodzi o pytanie, jak zmienia się pierwszy kubit - jest on teraz splątany z drugim kubitem.


innymi słowy, ponieważ twierdzenie o braku klonowania mówi, że nie może być żadnej jednostki zdolnej do klonowania stanów nieortogonalnych , podczas gdy stany ortogonalne można klonować bez problemów
— glS

6

Dobre pytanie! Odpowiedź brzmi : twierdzenie o braku klonowania mówi, że nie można sklonować dowolnego nieznanego stanu .

12)(|0⟩+|1⟩)|0⟩|1⟩

|ψ⟩12)(|0⟩+|1⟩)


|x⟩|x⟩|ψ⟩

4

Twierdzenie o braku klonowania mówi, że nie ma obwodu, który tworzy niezależne kopie wszystkich stanów kwantowych. Matematycznie żaden klonowanie nie stwierdza, że:

∀do:∃za,b:do⋅((za|0⟩+b|1⟩)⊗|0⟩)≠(za|0⟩+b|1⟩)⊗(za|0⟩+b|1⟩)

Obwody Fanout nie naruszają tego twierdzenia. Nie robią niezależnych kopii. Wykonują splątane kopie. Matematycznie robią:

FANOUT⋅((za|0⟩+b|1⟩)⊗|0⟩)=za|00⟩+b|11⟩

za|00⟩+b|11⟩(za|0⟩+b|1⟩)⊗(za|0⟩+b|1⟩)

Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.