La porta Controlled-NOT (CNOT) és una porta quàntica fonamental de dos qubits que té un paper crucial en el processament de la informació quàntica. És essencial per enredar qubits, però no sempre condueix a l'enredament de qubits. Per entendre-ho, hem d'aprofundir en els principis de la computació quàntica i el comportament dels qubits sota diferents operacions.
En la computació quàntica, els qubits poden existir en estats de superposició, representant tant 0 com 1 simultàniament. Quan s'apliquen portes d'un sol qubit, com la porta Pauli-X o la porta Hadamard, a un qubit en estat de superposició, pot alterar les amplituds de probabilitat dels estats sense enredar el qubit amb un altre. Això vol dir que les portes d'un sol qubit poden manipular l'estat d'un qubit sense crear entrellaçament amb altres qubits.
D'altra banda, la porta CNOT actua sobre dos qubits, normalment anomenats qubit de control i qubit objectiu. La porta CNOT inverteix l'estat del qubit objectiu si i només si el qubit de control es troba a l'estat |1⟩. Aquesta operació provoca l'entrellat entre els dos qubits si el qubit de control es troba en un estat de superposició. Quan el qubit de control es troba en una superposició de |0⟩ i |1⟩, l'estat resultant després d'aplicar la porta CNOT és un estat entrellaçat dels dos qubits.
Tanmateix, si el qubit de control està en un estat definit (ja sigui |0⟩ o |1⟩), la porta CNOT es comporta com una porta XOR clàssica i no enreda els qubits. En aquest cas, l'estat de sortida es pot expressar com un producte tensor dels estats de qubit individuals, indicant que no estan entrellaçats.
Per il·lustrar aquest concepte, considerem un exemple on el qubit de control es troba a l'estat |0⟩ i el qubit objectiu es troba a l'estat |+⟩ (estat de superposició). L'aplicació d'una porta CNOT en aquest escenari donaria lloc a que el qubit objectiu es mantindria sense canvis, mostrant que no es va produir l'entrellat.
Tot i que la porta CNOT és una eina poderosa per enredar qubits, la seva capacitat per enredar qubits depèn de l'estat del qubit de control. Quan el qubit de control es troba en un estat de superposició, la porta CNOT pot enredar qubits; en cas contrari, es comporta de manera clàssica i no crea entrellaçament.
Altres preguntes i respostes recents sobre Fonaments de la informació quàntica EITC/QI/QIF:
- Com funciona la porta de negació quàntica (NO quàntica o porta Pauli-X)?
- Per què la porta Hadamard és autoreversible?
- Si mesureu el primer qubit de l'estat de Bell en una base determinada i després mesureu el segon qubit en una base girada per un determinat angle theta, la probabilitat que obtingueu projecció al vector corresponent és igual al quadrat del sinus de theta?
- Quants bits d'informació clàssica es necessitarien per descriure l'estat d'una superposició de qubit arbitrària?
- Quantes dimensions té un espai de 3 qubits?
- La mesura d'un qubit destruirà la seva superposició quàntica?
- Les portes quàntiques poden tenir més entrades que sortides de la mateixa manera que les portes clàssiques?
- La família universal de portes quàntiques inclou la porta CNOT i la porta Hadamard?
- Què és un experiment de doble escletxa?
- Girar un filtre polaritzador és equivalent a canviar la base de mesura de la polarització dels fotons?
Consulteu més preguntes i respostes a EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals