คิดอย่างไรกับ Z gate ในทรงกลม Bloch?


11

ฉันสับสนเกี่ยวกับวิธีการเข้าใจ gate ในทรงกลมของ BlochZ

พิจารณาเมทริกซ์เป็นที่เข้าใจได้ว่าและ .Z=(1001)Z|0=|0Z|1=|1

อธิบายได้ที่นี่ว่า gate คือการหมุนรอบแกนจากนั้นฉันจะเข้าใจอย่างไร เนื่องจากเป็นขั้วโลกใต้ฉันรู้สึกว่าเป็นธรรมชาติที่จะคิดว่าการหมุนรอบแกนไม่ได้ทำอะไรเลยZπZZ|1=|1|1πZ

คำตอบ:


7

วิธีคิดเกี่ยวกับทรงกลมของ Bloch นั้นอยู่ในรูปของเมทริกซ์ความหนาแน่นของรัฐ Z ทำหน้าที่อย่างใดอย่างหนึ่ง |00| หรือ |11|ไม่ทำอะไรเลยเช่นเดียวกับเมทริกซ์ความหนาแน่นแนวทแยง หากต้องการดูผลกระทบของการหมุนคุณต้องดูว่าเมทริกซ์ความหนาแน่นที่ไม่ใช่เส้นทแยงมุมนั้นเปลี่ยนไปอย่างไรZเช่น |++|.


8

|1 และ |1ที่ได้รับมอบหมายไปยังจุดเดียวกันบนทรงกลม Bloch เพราะพวกเขามีค่าเท่ากันขึ้นอยู่กับขั้นตอนการทั่วโลก พีชคณิต:|1|1 ที่ไหน หมายถึง "เท่ากับเฟสสากล" ความหมายมีบ้างθ ดังนั้น |1=eiθ|1.

สิ่งที่ทำให้คุณสับสนคือแม้ว่าจะมีความจริงที่ว่า |0Z|0 และ |1Z|1สิ่งนี้ไม่เป็นความจริงสำหรับชุดค่าผสมเชิงเส้นของทั้งสอง ตัวอย่างเช่น,Z|+Z|+ ถึงแม้ว่า |+=12|0+12|1.


2

ตามWikipediaเราสามารถเขียนสถานะบริสุทธิ์ใด ๆ

|ψ=cos(θ2)|0+eiϕsin(θ2)|1

ที่ไหน θ และ ϕ คือมุมบนทรงกลมของ Bloch:

เกือบทุกจุดบนพื้นผิว (เช่นสถานะบริสุทธิ์) มีการแทนเฉพาะในแง่มุมยกเว้นเสา เช่นเดียวกับบนโลกขั้วโลกใต้ไม่มีลองจิจูดที่กำหนดไว้อย่างดี (ลองจิจูดใดก็ใช้งานได้เหมือนกัน) สำหรับ|1 ระบุขั้นตอนใด ๆ ϕหมายถึงสิ่งเดียวกัน "ละติจูด"θ อยู่ที่นี่ πเรามาเสียบลงในสมการ:

|1=cos(π2)|0+eiϕsin(π2)|1=
=0+eiϕ|1

หากคุณคุ้นเคยกับตัวตนของออยเลอร์คุณอาจจำได้ eiϕเป็นการหมุนในระนาบเชิงซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่Z เป็นการหมุนสำหรับ ϕ=πเราได้รับชื่อเสียง eiπ=1ในที่สุดก็มาถึง |1=|1.


1
นี่เป็นสิ่งที่ผิด การเขียน|1=-|1กำลังทำให้เข้าใจผิด: สิ่งเหล่านี้เป็นสถานะเทียบเท่าในการที่พวกเขาแตกต่างกันเพียงในช่วงโลก แต่สิ่งนี้ไม่ได้หมายความว่าเวกเตอร์ของรัฐเหมือนกัน คุณได้รับผลลัพธ์นั้นเนื่องจากคุณกำลังสมมติว่ามี bijection ระหว่างเวกเตอร์สถานะและจุดบน Bloch sphere ซึ่งไม่ใช่กรณี Bijection ตั้งอยู่ระหว่างจุดบนทรงกลมของ Bloch และสถานะที่อธิบายว่าเป็นเมทริกซ์ความหนาแน่น
glS

@glS ขอบคุณ 1=-1หลังจากนั้นดูเหมือนว่าจะคาว มันเหมาะสมหรือไม่ที่จะปรับปรุงคำตอบนั้นจากมุมมองของคุณหรือมันผิดอย่างไร้ความหวัง?
Norrius

นั่นคือการโทรของคุณ =) ฉันคิดว่าคำตอบที่ถูกต้องคือคำตอบของ DaftWullie (ฉันเชื่อว่าผู้ถามมีความเข้าใจผิดเหมือนกันกับคำตอบของคุณ) ฉันไม่เห็นคำตอบที่เหลือเกี่ยวกับคำถามนี้อีกเลย
glS
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.