Читать книгу Квантовая информация: вычисление битов через кубиты. Перспективы развития квантовых компьютеров онлайн

Результаты измерения имеют вероятностный характер – мы можем рассчитать вероятности получения различных результатов измерения, но не можем с уверенностью предсказать конкретный исход до выполнения измерения.

Примером может служить поляризация фотона – до измерения фотон находится в суперпозиции вертикальной и горизонтальной поляризации. Но когда мы измеряем поляризацию, суперпозиция «схлопывается», и мы получаем либо вертикальную, либо горизонтальную поляризацию в соответствии с определенными вероятностями.

Суперпозиция и измерение подчеркивают контраинтуитивный характер квантовой механики по сравнению с классической физикой. Они лежат в основе многих удивительных квантовых явлений и применений, включая квантовые вычисления.

Квантовые вентили и квантовые операции являются аналогами классических логических вентилей и операций в квантовых вычислениях.

Квантовые вентили:

Квантовые вентили выполняют определенные унитарные операции над кубитами (квантовыми битами). Они аналогичны классическим логическим вентилям, таким как AND, OR и NOT, но действуют на суперпозиции квантовых состояний. Некоторые важные квантовые вентили:

1. Вентиль Паули X (NOT): Переводит кубит из |0> в |1> и наоборот.

2. Вентиль Адамара (H): Создает суперпозицию состояний |0> и |1>.

3. Вентиль контролируемого NOT (CNOT): Выполняет NOT над вторым кубитом, если первый кубит находится в состоянии |1>.

4. Вентиль Тоффоли (CCNOT): Выполняет NOT над третьим кубитом, если первые два кубита находятся в |1>.

Квантовые операции:

Квантовые операции комбинируют квантовые вентили для реализации более сложных квантовых алгоритмов и вычислений. Некоторые примеры:

1. Квантовый параллелизм: Выполнение операции на всех возможных входах одновременно за счет суперпозиции.

2. Квантовый обратимый вычислитель: Реверсивный вычислитель, использующий обратимые квантовые операции.

3. Квантовое перемешивание: Распределение амплитуд вероятностей по вычислительному базису.

4. Квантовые операции с оракулом: Использование дополнительной вычислительной мощи (обычно классической) для некоторых квантовых алгоритмов.