O aplicație interesantă a inseparabilității este teleportarea cuantică, care este o tehnică de transfer a unei stări cuantice necunoscute dintr-un loc în altul. În science fiction, teleportarea implică, în general, o mașină care scanează o persoană și o altă mașină care reasamblează persoana la celălalt capăt. Corpul original se dezintegrează și nu mai există. În mod similar, teleportarea cuantică funcționează prin „scanarea” qubitului original, trimiterea unei rețete și reconstrucția qubitului în altă parte. Qubitul original nu este distrus fizic în sensul science fiction-ului, dar nu mai este în aceeași stare. Altfel, teorema de non-clonare menționată anterior – care afirmă că un qubit nu poate fi copiat exact pe un alt qubit – ar fi încălcată[1]. După cum vom vedea, partea de „scanare” pune o problemă care poate fi rezolvată doar prin valorificarea inseparabilității cuantice.
Scanarea unui qubit
Întrebarea 1 Creați un qubit în starea |1⟩ și treceți-l printr-o poartă Hadamard. Din histograma măsurătorii, puteți spune dacă qubitul a început ca |0⟩ sau |1⟩ ca stare inițială?
Histograma măsurătorii ar trebui să arate identică dacă oricare dintre stările |0⟩ sau |1⟩ este utilizată inițial. Atunci cum putem ști care a fost starea inițială după efectuarea unei operații Hadamard? În divizorul de fascicul, am determinat de unde provine fotonul adăugând un al doilea divizor de fascicul pentru a crea interferență. Modul de a le măsura și de a le distinge este de a adăuga o a doua poartă Hadamard. După cum am văzut anterior, toate porțile trebuie să fie unitare pentru a conserva probabilitățile. Condiția unitară asigură că toate porțile sunt reversibile: putem anula acțiunea oricărei porți aplicând transpunerea sa conjugată. Acest lucru se poate observa cu ușurință sub formă de matrice, ca matrici unitare definite ca UU† = 1. Deoarece poarta Hadamard este propria sa transpunere conjugată, aplicarea unei a doua porți Hadamard este echivalentă cu anularea primei. Acesta este modul în care se recuperează starea inițială.
Întrebarea 2 Dacă un qubit se află în starea necunoscută a|0⟩ + b|1⟩, care este rezultatul unei singure măsurători?
(A) 0
(B) 1
(C) 0 cu probabilitatea a2 și 1 cu probabilitatea b2
(D) Un număr între 0 și 1
Întrebarea 3 Care este rezultatul unei a doua măsurători după prima de la Întrebarea 2?
(A) 0 dacă prima măsurătoare este 0 sau 1 dacă prima măsurătoare este 1
(B) 0 dacă prima măsurătoare este 1 sau 1 dacă prima măsurătoare este 0
(C) 0 cu probabilitatea a2 și 1 cu probabilitatea b2
(D) Un număr între 0 și 1
Având în vedere un singur qubit, nu este posibil să se determine în ce măsură se suprapune dacă există doar acest singur qubit, adică nu se pot determina coeficienții lui |0⟩ și |1⟩ într-o stare generală dintr-o singură măsurare! Rețineți că, dacă starea este cunoscută (din măsurarea mai multor qubiți independenți care au fost preparați identic), atunci puteți trimite direct rețeta pentru a prepara acest qubit. Numai că atunci când starea este necunoscută și când există un singur qubit trebuie să ne gândim mai atent la cum să „scanăm” eficient particula.
Nota
[1] Teorema non-clonării pune o mare problemă în corectarea erorilor care apar pe computerele cuantice: https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_error_correction.
Sursa: Ciaran Hughes, Joshua Isaacson, Anastasia Perry, Ranbel F. Sun, Jessica Turner (2021) Quantum Computing for the Quantum Curious, Springer Cham, https://doi.org/10.1007/978-3-030-61601-4, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu
Descoperă mai multe la MultiMedia
Abonează-te ca să primești ultimele articole prin email.
Lasă un răspuns