สัญชาตญาณด้านหลังประตู Hadamard


10

ฉันพยายามที่จะสอนตัวเองเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมและฉันมีความเข้าใจที่ดี-ish ของพีชคณิตเชิงเส้น

ฉันผ่านประตูไม่ได้ซึ่งก็ไม่ได้แย่เกินไป แต่แล้วฉันก็ไปที่ประตู Hadamard และฉันก็ติดอยู่ ส่วนใหญ่เป็นเพราะในขณะที่ฉัน "เข้าใจ" การโกงฉันไม่เข้าใจสิ่งที่พวกเขาทำจริง ๆ หรือทำไมคุณถึงอยากจะทำมัน

ตัวอย่างเช่นเมื่อประตู Hadamard ใช้เวลาในมันให้| 0 + | 1 |0 . สิ่งนี้หมายความว่า? สำหรับประตูไม่ได้ใช้ใน| 0และให้| 1 ไม่มีอะไรที่ไม่ชัดเจนเกี่ยวกับเรื่องนั้น มันให้ "ตรงกันข้าม" ของบิต (สำหรับการทับซ้อนมันใช้ในα|0+β|1และให้β|0+α|1) และฉันเข้าใจว่าทำไมมันถึงมีประโยชน์ ด้วยเหตุผลเดียวกัน (โดยทั่วไป) ว่ามันมีประโยชน์ในคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม แต่สิ่งที่ (ตัวอย่าง) เป็นประตู Hadamard ทำเรขาคณิตเพื่อเวกเตอร์[อัลฟ่าบีตา]|0+|12|0|1α|0+β|1β|0+α|1[αβ]? และทำไมจึงมีประโยชน์นี้

คำตอบ:


10

ประตู Hadamard อาจเป็นครั้งแรกที่คุณพบกับการสร้างซ้อนทับ เมื่อคุณบอกว่าคุณสามารถเชื่อมโยงประโยชน์ของประตูPauli (aka ) กับคู่คลาสสิกของมันได้ดี Hadamard เป็นที่ที่คุณออกจากอะนาล็อกคลาสสิคแล้ว มันจะเป็นประโยชน์สำหรับว่าด้วยเหตุผลเดียวกัน แต่คือว่ามันมักจะถูกนำมาใช้ในรูปแบบชุดสากลของประตู (เช่น Clasical ด้วยและพัดลมออกหรือมีพัดลมออกเพียงอย่างเดียว)XNOTANDNOTNOR

ในขณะที่เกทมีประโยชน์โดยตรงในการสร้างเลขสุ่ม (ตามที่ Yuval Filmus กล่าว) พลังที่แท้จริงของมันจะปรากฏขึ้นเมื่อปรากฏในหลาย ๆ กรณีหรือใช้ร่วมกับประตูอื่น เมื่อคุณมีn qubits เริ่มต้นได้ใน| ตัวอย่างเช่น0 และใช้หนึ่งHกับแต่ละรายการในลำดับใด ๆ สิ่งที่คุณได้รับคือ ( | 0 + | 1 ) ( | 0 + | 1 ) ( | 0 + | 1Hn|0H ซึ่งสามารถขยายได้ถึง 1 / 2 n / 2( | 00 ... 00 + | 00 ... 01 + | 00 ... 11 + ... + | 11 ... 11 ) Voila เราสามารถ ตอนนี้ประเมินฟังก์ชั่นอินพุตที่ต่างกัน 2 nแบบขนาน! นี่คือตัวอย่างเช่นขั้นตอนแรกในอัลกอริทึมของโกรเวอร์

(|0+|1)(|0+|1)...(|0+|1)/2n/2
1/2n/2(|00...00+|00...01+|00...11+...+|11...11)
2n

การใช้งานที่ได้รับความนิยมอีกอย่างหนึ่งคือ Hadamard ในหนึ่ง qubit ตามด้วยการCNOTควบคุมด้วย qubit ที่คุณเพิ่งใส่เข้าไป ดู: นั่นเป็นรัฐเบลล์ซึ่งเป็นรากฐานที่สำคัญของต่าง ๆที่สำคัญควอนตัมการกระจายโปรโตคอลการคำนวณการวัดตาม,ควอนตัม teleportationและการใช้งานอื่น ๆ อีกมากมาย นอกจากนี้คุณยังสามารถใช้ซ้ำ qubits เป้าหมายมากขึ้นเป็นศูนย์ที่เริ่ม (ที่มีการควบคุมเดียวกัน) เพื่อสร้าง 2 - 1 / 2 ( | 00 ... 00 + | 11 ... 11 ) ซึ่งเป็นที่รู้จักในฐานะรัฐ GHZ

ยังไม่มีข้อความOT(2-1/2(|0+|1)|0)=2-1/2ยังไม่มีข้อความOT(|00+|10)=2-1/2(|00+|11)
CNOT
2-1/2(|00...00+|11...11)
ยังมีประโยชน์อย่างมาก

H2=ผมCNOT


NOTxYZCNOTในเครื่องคอมพิวเตอร์ควอนตัมของคุณคุณเพียงแค่สร้างอุปกรณ์ที่คลาสสิกราคาแพงมากและ uneffective.) หมุนเกี่ยวกับสิ่งที่เอียงเป็นสิ่งที่สำคัญและอีกหนึ่งส่วนผสมที่คุณมักจะต้องเป็นยังหมุนโดยส่วนขนาดเล็กของมุมเช่น 45 ° (เช่นเดียวกับในเฟส ประตูกะ )


9

α|0+β|1|α|2+|β|2=10|α|21|β|2|0,|1

|0|0+|12

|0|1

ฉันขอแนะนำให้คุณอ่านต่อในการคำนวณควอนตัม เมื่อคุณไปถึงอัลกอริทึมควอนตัม (เช่น Grover's และ Shor's) คุณจะเข้าใจว่าประตูควอนตัมเหล่านี้มีประโยชน์สำหรับอะไร


3
"เวกเตอร์นอร์มหน่วยของความยาวสอง" ทำให้ฉันสับสนเพราะฉันคุ้นเคยกับการใช้บรรทัดฐานและความยาวสลับกันได้
adrianN
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.