Sebagai contoh sederhana misalkan Anda memiliki dua qubit di negara tertentu |0⟩ dan |0⟩ . Keadaan gabungan sistem adalah |0⟩⊗|0⟩ atau |00⟩ di steno.
Kemudian jika kita menerapkan operator berikut ke qubit (gambar dipotong dari halaman wiki pengkodean superdense ), keadaan yang dihasilkan adalah keadaan terjerat, salah satu status bel .
Pertama pada gambar kita memiliki gerbang hadamard yang bekerja pada qubit pertama, yang dalam bentuk yang lebih panjang adalah H⊗I sehingga itu adalah operator identitas pada qubit kedua.
Matriks hadamard terlihat seperti
mana basis dipesan{| 0⟩,| 1⟩}.
H=12–√(111−1)
{|0⟩,|1⟩}
Jadi setelah operator hadamard bertindak negara sekarang
(H⊗I)(|0⟩⊗|0⟩)=H|0⟩⊗I|0⟩=12–√(|0⟩+|1⟩)⊗(|0⟩)=12–√(|00⟩+|10⟩)
Bagian selanjutnya dari rangkaian adalah gerbang bukan yang dikontrol, yang hanya bekerja pada qubit kedua jika qubit pertama adalah .1
Anda dapat mewakili sebagai | 0 ⟩ ⟨ 0 | ⊗ I + | 1 ⟩ ⟨ 1 | ⊗ X , di mana | 0 ⟩ ⟨ 0 | adalah operator proyeksi ke bit 0 , atau dalam bentuk matriks ( 1 0 0 0 ) . Demikian pula | 1 ⟩ ⟨ 1 | adalah ( 0 0 0 1 ) .CNOT|0⟩⟨0|⊗I+|1⟩⟨1|⊗X|0⟩⟨0|0(1000)|1⟩⟨1|(0001)
The operator adalah operator bit sandal direpresentasikan sebagai ( 0 1 1 0 ) .X(0110)
Secara keseluruhan matriks ( 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 )CNOT⎛⎝⎜⎜⎜1000010000010010⎞⎠⎟⎟⎟
Ketika kita menerapkan kita bisa menggunakan perkalian matriks dengan menuliskan status kita sebagai vektor ( 1CNOT, atau kita bisa menggunakan bentuk produk tensor.⎛⎝⎜⎜⎜⎜⎜12√012√0⎞⎠⎟⎟⎟⎟⎟
CNOT(12–√(|00⟩+|10⟩))=12–√(|00⟩+|11⟩)
Kami melihat bahwa untuk bagian pertama dari negara bit pertama adalah 0 , sehingga bit kedua dibiarkan saja; bagian kedua dari negara | 10 ⟩ bit pertama adalah 1 , sehingga bit kedua membalik dari 0 ke 1 .|00⟩0|10⟩101
Keadaan akhir kita adalah yang merupakan salah satu dari empat negara Bell yang maksimal negara terjerat.
12–√(|00⟩+|11⟩)
Untuk melihat apa artinya bagi mereka untuk terjerat, perhatikan bahwa jika Anda mengukur status qubit pertama, jika Anda mengetahui bahwa itu adalah itu akan segera memberi tahu Anda bahwa qubit kedua juga harus menjadi 0 , karena itulah satu-satunya kemungkinan kita.00
Bandingkan dengan keadaan ini misalnya:
12(|00⟩+|01⟩+|10⟩+|11⟩).
Jika Anda mengukur bahwa qubit pertama adalah nol, maka statusnya runtuh menjadi , di mana masih ada peluang 50-50 qubit kedua adalah0atau1.12√(|00⟩+|01⟩)01
Semoga ini memberi gambaran bagaimana negara bisa terjerat. Jika Anda ingin mengetahui contoh tertentu, seperti menjerat foton atau elektron dll, maka Anda harus melihat bagaimana gerbang tertentu dapat diimplementasikan, tetapi Anda masih dapat menulis matematika dengan cara yang sama, dan 1 mungkin mewakili hal-hal yang berbeda dalam situasi fisik yang berbeda.01
Pembaruan 1: Panduan Mini untuk notasi QM / QC / Dirac
Usually there's a standard computational (ortho-normal) basis for a single qubit which is {|0⟩,|1⟩}, say H=span{|0⟩,|1⟩} is the vector space.
In this ordering of the basis we can identify |0⟩ with (10) and |1⟩ with (01). Any single qubit operator then can be written in matrix form using this basis. E.g. a bit flip operator X (after pauli-σx) which should take |0⟩↦|1⟩ and |1⟩↦|0⟩, can be written as (0110)
nH⊗n:=H⊗H⊗⋯⊗Hn−times. A basis for this space is labelled by strings of zeros and ones, e.g. |0⟩⊗|1⟩⊗|1⟩⊗…⊗|0⟩, which is usually abbreviated for simplicity as |011…0⟩.
A simple example for two qubits, the basis for H⊗2=H⊗H, is {|0⟩⊗|0⟩,|0⟩⊗|1⟩,|1⟩⊗|0⟩,|1⟩⊗|1⟩} or in the shorthand {|00⟩,|01⟩,|10⟩,|11⟩}.
There's different ways to order this basis in order to use matrices, but one natural one is to order the strings as if they are numbers in binary so as above. For example for 3 qubits you could order the basis as
{|000⟩,|001⟩,|010⟩,|011⟩,|100⟩,|101⟩,|110⟩,|111⟩}.
The reason why this can be useful is that it corresponds with the Kronecker product for the matrices of the operators. For instance, first looking at the basis vectors:
|0⟩⊗|0⟩=(10)⊗(10):=⎛⎝⎜⎜⎜1⋅(10)0⋅(10)⎞⎠⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜1000⎞⎠⎟⎟⎟
and
|0⟩⊗|1⟩=(10)⊗(01):=⎛⎝⎜⎜⎜1⋅(01)0⋅(10)⎞⎠⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜0100⎞⎠⎟⎟⎟
and similarly
|1⟩⊗|0⟩=⎛⎝⎜⎜⎜0010⎞⎠⎟⎟⎟,|1⟩⊗|1⟩=⎛⎝⎜⎜⎜0001⎞⎠⎟⎟⎟
If you have an operator e.g. X1X2:=X⊗X which acts on two qubits and we order the basis as above we can take the kronecker product of the matrices to find the matrix in this basis:
X1X2=X⊗X=(0110)⊗(0110)=⎛⎝⎜⎜⎜0⋅(0110)1⋅(0110)1⋅(0110)0⋅(0110)⎞⎠⎟⎟⎟=⎛⎝⎜⎜⎜0001001001001000⎞⎠⎟⎟⎟
If we look at the example of CNOT above given as |0⟩⟨0|⊗I+|1⟩⟨1|⊗X.∗ This can be computed in matrix form as (1000)⊗(1001)+(0001)⊗(0110), which you can check is the CNOT matrix above.
It's worthwhile getting used to using the shorthands and the tensor products rather than converting everything to matrix representation since the computational space grows as 2n for n-qubits, which means for three cubits you have 8×8 matrices, 4-qubits you have 16×16 matrices and it quickly becomes less than practical to convert to matrix form.
Aside∗: There are a few common ways to use dirac notation, to represent vectors like |0⟩; dual vectors e.g. ⟨0|, inner product ⟨0|1⟩ between the vectors |0⟩ and |1⟩; operators on the space like X=|0⟩⟨1|+|1⟩⟨0|.
An operator like P0=|0⟩⟨0| is a projection operator is a (orthogonal) projection operator because it satisfies P2=P and P†=P.