Toffoli gate เป็น FANOUT


16

ฉันกำลังค้นหาตัวอย่างของวงจรควอนตัมเพื่อออกกำลังกายด้วยการเขียนโปรแกรม Q # และฉันสะดุดในวงจรนี้: Toffoli Gate เป็น FANOUT

จาก : ตัวอย่างแผนภาพวงจรควอนตัม - Michal Charemza

ในระหว่างหลักสูตรเบื้องต้นของฉันในการคำนวณควอนตัมเราได้รับการสอนว่าการโคลนของรัฐถูกห้ามโดยกฎหมายของ QM ในขณะที่ในกรณีนี้ qubit contol แรกจะถูกคัดลอกใน qubit เป้าหมายที่สาม

ฉันพยายามจำลองวงจรบน Quirk อย่างรวดเร็วเช่นนี้เพื่อยืนยันการโคลนสถานะในเอาต์พุตบน qubit แรก การวัด qubit ก่อนที่ประตู Toffoli แสดงให้เห็นว่าในความเป็นจริงไม่มีการโคลนนิ่งจริง แต่แทนที่การเปลี่ยนแปลงใน qubit ควบคุมแรกและเอาท์พุทเท่ากันใน qubit ที่หนึ่งและสาม

โดยการคำนวณทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายจะสามารถแสดงให้เห็นว่า "การโคลน" เกิดขึ้นเฉพาะถ้า qubit ที่สามอยู่ในสถานะเริ่มต้น 0 และเฉพาะใน Qubit แรกไม่ได้ดำเนินการ "การดำเนินการปั่น" (ตามที่ระบุไว้ใน Quirk) หรือ X

ฉันพยายามเขียนโปรแกรมใน Q # ที่ยืนยันเท่านั้นซึ่งดังกล่าวข้างต้น

ฉันดิ้นรนในการทำความเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงครั้งแรกของ qubit โดยการดำเนินการนี้เป็นอย่างไรและสิ่งที่คล้ายกับการโคลนนิ่งเป็นไปได้

ขอบคุณล่วงหน้า!


1
มันเป็นคำถามที่ยอดเยี่ยมและขอขอบคุณสำหรับความพยายามในการจัดรูปแบบเป็นอย่างดี
user1271772

คำตอบ:


10

เพื่อลดความซับซ้อนของคำถามพิจารณาประตู CNOT แทนประตู Toffoli; CNOT ก็เป็นแฟนตัวจริงด้วยเช่นกัน

|0|0|0|0|1|0|1|1

และดูเหมือนว่าการโคลนนิ่งสำหรับสถานะพื้นฐานใด ๆ| x | 0 | x | x x{0,1}

|x|0|x|x

แต่ถ้าคุณใช้การซ้อนทับแล้ว|ψ=α|0+β|1

(α|0+β|1)|0α|0|0+β|1|1

โดยทั่วไปแล้ว

|ψ|0|ψ|ψ

และ fanout ไม่ได้ทำการโคลนนิ่ง

สำหรับคำถามที่ว่า qubit แรกนั้นมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรตอนนี้มันเกี่ยวข้องกับ qubit ที่สอง


ในคำอื่น ๆ เพราะไม่มีโคลนทฤษฎีบทกล่าวว่าไม่สามารถจะสามารถรวมกันใด ๆ ในการโคลนnonorthogonalรัฐในขณะที่รัฐมุมฉากสามารถโคลนโดยไม่มีปัญหา
แอลเอส

6

คำถามที่ดี! คำตอบก็คือว่าไม่มีโคลนทฤษฎีบทระบุว่าคุณไม่สามารถโคลนรัฐที่ไม่รู้จักโดยพลการ

12(|0+|1)|0|1

|ψ12(|0+|1)


|x|x|ψ

4

ทฤษฎีบทการโคลนนิ่งบอกว่าไม่มีวงจรที่สร้างสำเนาอิสระของสถานะควอนตัมทั้งหมด ในทางคณิตศาสตร์ไม่มีการโคลนนิ่งระบุว่า:

C:a,b:C((a|0+b|1)|0)(a|0+b|1)(a|0+b|1)

วงจร Fanout ไม่ละเมิดทฤษฎีบทนี้ พวกเขาไม่ได้ทำสำเนาอิสระ พวกเขาทำสำเนายุ่ง ศาสตร์พวกเขา:

FANOUT((a|0+b|1)|0)=a|00+b|11

a|00+b|11(a|0+b|1)(a|0+b|1)

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.