Vrata Controlled-NOT (CNOT) so temeljna dvokubitna kvantna vrata, ki igrajo ključno vlogo pri kvantni obdelavi informacij. Bistven je za zapletanje kubitov, vendar ne vodi vedno do zapletanja kubitov. Da bi to razumeli, se moramo poglobiti v principe kvantnega računalništva in obnašanje kubitov pri različnih operacijah.
V kvantnem računalništvu lahko kubiti obstajajo v superpozicijskih stanjih, ki hkrati predstavljajo 0 in 1. Pri uporabi vrat z enim kubitom, kot so vrata Pauli-X ali vrata Hadamard, na kubit v stanju superpozicije, lahko spremeni amplitude verjetnosti stanj, ne da bi kubit zapletel z drugim. To pomeni, da lahko vrata z enim kubitom manipulirajo s stanjem kubita, ne da bi se zapletla z drugimi kubiti.
Po drugi strani pa vrata CNOT delujejo na dva kubita, ki ju običajno imenujemo kontrolni kubit in ciljni kubit. Vrata CNOT obrnejo stanje ciljnega kubita, če in samo če je kontrolni kubit v stanju |1⟩. Ta operacija povzroči prepletanje med dvema kubitoma, če je kontrolni kubit v stanju superpozicije. Ko je kontrolni kubit v superpoziciji |0⟩ in |1⟩, je posledično stanje po uporabi vrat CNOT prepleteno stanje obeh kubitov.
Če pa je kontrolni kubit v določenem stanju (bodisi | 0⟩ ali | 1⟩), se vrata CNOT obnašajo kot klasična vrata XOR in ne zapletajo kubitov. V tem primeru se lahko izhodno stanje izrazi kot tenzorski produkt posameznih stanj kubitov, kar kaže, da niso zapletena.
Za ponazoritev tega koncepta si oglejmo primer, kjer je kontrolni kubit v stanju |0⟩ in ciljni kubit v stanju |+⟩ (stanje superpozicije). Če bi v tem scenariju uporabili vrata CNOT, bi ciljni kubit ostal nespremenjen, kar kaže, da do prepletanja ni prišlo.
Čeprav so vrata CNOT močno orodje za zapletanje kubitov, je njihova sposobnost zapletanja kubitov odvisna od stanja kontrolnega kubita. Ko je kontrolni kubit v stanju superpozicije, lahko vrata CNOT zapletejo kubite; sicer pa se obnaša klasično in ne dela prepletov.
Druga nedavna vprašanja in odgovori v zvezi Osnove kvantnih informacij EITC/QI/QIF:
- Kako delujejo kvantna negacijska vrata (kvantna NOT ali Pauli-X vrata)?
- Zakaj so Hadamardova vrata samoreverzibilna?
- Če izmerite 1. kubit stanja Bell v določeni bazi in nato izmerite 2. kubit v bazi, zasukani za določen kot theta, je verjetnost, da boste dobili projekcijo na ustrezen vektor, enaka kvadratu sinusa theta?
- Koliko bitov klasičnih informacij bi bilo potrebnih za opis stanja poljubne superpozicije kubitov?
- Koliko dimenzij ima prostor 3 kubitov?
- Ali bo meritev kubita uničila njegovo kvantno superpozicijo?
- Ali imajo lahko kvantna vrata več vhodov kot izhodov podobno kot klasična vrata?
- Ali univerzalna družina kvantnih vrat vključuje vrata CNOT in vrata Hadamard?
- Kaj je poskus z dvojno režo?
- Ali je vrtenje polarizacijskega filtra enakovredno spreminjanju osnove merjenja polarizacije fotonov?
Oglejte si več vprašanj in odgovorov v EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals