Bei einem Qubit-System und damit möglichen Messungen ergibt sich die Basis , , , , wie kann ich den Zustand herzustellen, wobei gilt:
nur davon Messergebnisse sind möglich ( zum Beispiel , , )?
Diese Messungen sind gleich wahrscheinlich? (Wie Bell State, aber für Ergebnisse)
00
und11
die Dirac-Notation zu konvertieren ? Ich habe es versucht$\ket{00}$
und bin gescheitert.Antworten:
Brechen Sie das Problem in Teile.
Sagen wir bereits gesendet bis 1∣00⟩ . Wir können das an1senden13√∣00⟩+2√3√∣01⟩ durch ein√13√∣00⟩+(12(1+i))2√3√∣01⟩+(12(1−i))2√3√∣10⟩ . Das erfüllt Ihre Anforderungen mit allen Wahrscheinlichkeiten 1SWAP−−−−−−√ 13 aber mit unterschiedlichen Phasen. Wenn Sie Phasenverschiebungs-Gatter für jede Phase verwenden möchten, erhalten Sie die gewünschten Phasen, wenn Sie alle gleich machen möchten.
Nun , wie kommen wir aus bis 1∣00⟩ ? Wenn es1 wäre13√∣00⟩+2√3√∣01⟩ , könnten wir eine Hadamard auf dem zweiten Qubit tun. Dies ist nicht einfach, aber wir können eine Einheit nur für das zweite Qubit verwenden. Dies geschieht durch einen Rotationsoperator rein auf dem zweiten Qubit durch Faktorisierung als12√∣00⟩+12√∣01⟩
Insgesamt haben wir:
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I'll tell you how to create any two qubit pure state you might ever be interested in. Hopefully you can use it to generate the state you want.
Using a single qubit rotation followed by a cnot, it is possible to create states of the form
Then you can apply an arbitrary unitary,U , to the first qubit. This rotates the |0⟩ and |1⟩ states to new states that we'll call |a0⟩ and |a1⟩ ,
Our entangled state is then
We can similarly apply a unitary to the second qubit.
which gives us the state
Due to the Schmidt decomposition, it is possible to express any pure state of two qubits in the form above. This means that any pure state of two qubits, including the one you want, can be created by this procedure. You just need to find the right rotation around the x axis, and the right unitariesU and V .
To find these, you first need to get the reduced density matrix for each of your two qubits. The eigenstates for the density matrix of your first qubit will be your|a0⟩ and |a1⟩ . The eigenstates for the second qubit will be |b0⟩ and |b1⟩ . You'll also find that |a0⟩ and |b0⟩ will have the same eigenvalue, which is α2 . The coefficient β can be similarly derived from the eigenvalues of |a1⟩ and |b1⟩ .
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Here is how you might go about designing such a circuit.
Suppose that you would like to produce the state |ψ⟩=13√(|00⟩+|01⟩+|10⟩) . Note the normalisation of 1/3–√ , which is necessary for |ψ⟩ to be a unit vector.
If we want to consider a straightforward way to realise this state, we might want to think in terms of the first qubit being a control, which determines whether the second qubit should be in the state|+⟩=12√(|0⟩+|1⟩) , or in the state |0⟩ , by using some conditional operations. This motivates considering the decomposition
Which specific operations you would apply to realise these transformations — i.e. which single-qubit transformation would be most suitable for step 2, and how you might decompose the two-qubit unitary in step 3 into CNOTs and Pauli rotations — is a simple exercise. (Hint: use the fact that bothX and the Hadamard are self-inverse to find as simple a decomposition as possible in step 3.)
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