گیت Controlled-NOT (CNOT) یک دروازه کوانتومی دو کیوبیتی است که نقش مهمی در پردازش اطلاعات کوانتومی دارد. برای درهمتنیدگی کیوبیتها ضروری است، اما همیشه منجر به درهمتنیدگی کیوبیت نمیشود. برای درک این موضوع، باید به اصول محاسبات کوانتومی و رفتار کیوبیت ها تحت عملیات های مختلف بپردازیم.
در محاسبات کوانتومی، کیوبیتها میتوانند در حالتهای برهم نهی وجود داشته باشند که همزمان ۰ و ۱ را نشان میدهند. هنگام اعمال دروازههای تک کیوبیتی، مانند گیت Pauli-X یا گیت هادامارد، بر روی یک کیوبیت در حالت برهم نهی، میتواند دامنههای احتمال حالتها را بدون درهمتنیدگی کیوبیت با دیگری تغییر دهد. این بدان معناست که دروازه های تک کیوبیتی می توانند وضعیت یک کیوبیت را بدون ایجاد درهم تنیدگی با کیوبیت های دیگر دستکاری کنند.
از طرف دیگر، گیت CNOT روی دو کیوبیت عمل می کند که معمولاً به عنوان کیوبیت کنترل و کیوبیت هدف شناخته می شود. دروازه CNOT وضعیت کیوبیت هدف را تغییر می دهد اگر و فقط اگر کیوبیت کنترل در حالت |1⟩ باشد. اگر کیوبیت کنترل در حالت برهم نهی باشد، این عملیات منجر به درهم تنیدگی بین دو کیوبیت می شود. وقتی کیوبیت کنترل در برهم نهی |0⟩ و |1⟩ باشد، حالت حاصل پس از اعمال گیت CNOT حالت درهم تنیده دو کیوبیت است.
با این حال، اگر کیوبیت کنترل در وضعیت معینی باشد (یا |0⟩ یا |1⟩)، گیت CNOT مانند یک گیت کلاسیک XOR رفتار میکند و کیوبیتها را در هم نمیگیرد. در این حالت، حالت خروجی را می توان به صورت حاصل ضرب تانسور از حالت های کیوبیت منفرد بیان کرد که نشان می دهد در هم تنیده نیستند.
برای توضیح این مفهوم، بیایید مثالی را در نظر بگیریم که در آن کیوبیت کنترل در حالت |0⟩ و کیوبیت هدف در حالت |+⟩ (وضعیت ابرجایگاه) است. اعمال یک گیت CNOT در این سناریو باعث می شود که کیوبیت هدف بدون تغییر باقی بماند و نشان دهد که درهم تنیدگی رخ نداده است.
در حالی که گیت CNOT یک ابزار قدرتمند برای درهمتنیدگی کیوبیتها است، توانایی آن در درهمتنیدگی کیوبیتها به وضعیت کیوبیت کنترل بستگی دارد. هنگامی که کیوبیت کنترل در حالت برهم نهی قرار دارد، گیت CNOT می تواند کیوبیت ها را درهم ببندد. در غیر این صورت کلاسیک رفتار می کند و درهم تنیدگی ایجاد نمی کند.
سایر پرسش ها و پاسخ های اخیر در مورد مبانی اطلاعات کوانتومی EITC/QI/QIF:
- دروازه نفی کوانتومی (کوانتومی NOT یا گیت Pauli-X) چگونه عمل می کند؟
- چرا دروازه هادامارد خود برگشت پذیر است؟
- اگر کیوبیت 1 حالت بل را بر مبنای معینی اندازه بگیرید و سپس کوبیت دوم را در مبنایی که با زاویه خاصی تتا می چرخد اندازه گیری کنید، احتمال اینکه به بردار متناظر پروجکشن پیدا کنید برابر است با مجذور سینوس تتا؟
- چند بیت اطلاعات کلاسیک برای توصیف وضعیت برهم نهی کیوبیت دلخواه لازم است؟
- فضای 3 کیوبیتی چند بعد دارد؟
- آیا اندازه گیری یک کیوبیت برهم نهی کوانتومی آن را از بین می برد؟
- آیا دروازههای کوانتومی میتوانند ورودیهای بیشتری نسبت به خروجیهای مشابه دروازههای کلاسیک داشته باشند؟
- آیا خانواده جهانی دروازه های کوانتومی شامل گیت CNOT و گیت هادامارد می شود؟
- آزمایش دو شکاف چیست؟
- آیا چرخاندن فیلتر پلاریزه معادل تغییر مبنای اندازه گیری قطبش فوتون است؟
سوالات و پاسخهای بیشتر را در مبانی اطلاعات کوانتومی EITC/QI/QIF مشاهده کنید