Ворота Тоффоли как FANOUT


16

Я искал примеры квантовых схем для упражнений с программированием на Q # и наткнулся на эту схему: Ворота Тоффоли как FANOUT

От : Примеры квантовых схем - Михал Чарамза

Во время моих вводных курсов по квантовым вычислениям нас учили, что клонирование состояния запрещено законами КМ, тогда как в этом случае первый контрольный кубит копируется на третий, целевой, кубит.

Я быстро попытался смоделировать схему на Quirk, что-то вроде этого , что-то вроде клонирования состояния на выходе на первом кубите. Измерение кубита до гейта Тоффоли показывает, что на самом деле это не реальное клонирование, а изменение первого контрольного кубита и равные выходные данные первого и третьего кубита.

Делая простую математику, можно показать, что «клонирование» происходит только в том случае, если третий кубит находится в начальном состоянии 0, и что только в том случае, если на первом кубите не выполняется «операция вращения» (как указано в «Причуде») на Y или X.

Я пытался написать программу на Q #, которая только подтвердила то, что сказано выше.

Я изо всех сил пытаюсь понять, как эта операция меняет первый кубит и как возможно нечто похожее на клонирование.

Заранее спасибо!


1
Это отличный вопрос, и спасибо за то, что вы приложили все усилия, чтобы отформатировать его так хорошо.
— user1271772

Ответы:


10

Для упрощения вопроса рассмотрим ворота CNOT вместо ворот Toffoli; CNOT также раздувается, потому что

|0⟩|0⟩→|0⟩|0⟩|1⟩|0⟩→|1⟩|1⟩

и это похоже на клонирование для любого базисного состояния | х ⟩ | 0 ⟩ → | х ⟩ | х ⟩x∈{0,1}

|x⟩|0⟩→|x⟩|x⟩

но если взять суперпозицию |ψ⟩=α|0⟩+β|1⟩ затем

(α|0⟩+β|1⟩)|0⟩→α|0⟩|0⟩+β|1⟩|1⟩

так вообще

|ψ⟩|0⟩↛|ψ⟩|ψ⟩

и разветвление это не клонирование.

Что касается вопроса о том, как изменяется первый кубит, то теперь он запутался со вторым кубитом.


иными словами, потому что теорема об отсутствии клонирования говорит о том, что не может быть ни одного унитарного, способного клонировать неортогональные состояния, в то время как ортогональные состояния могут быть клонированы без проблем
— GLS

6

Хороший вопрос! Ответ заключается в том, что теорема об отсутствии клонирования утверждает, что вы не можете клонировать произвольное неизвестное состояние .

Эта схема не нарушает теорему об отсутствии клонирования, потому что давайте посмотрим, что она делает, когда ввод 12(|0⟩+|1⟩), Выход в третьем регистре все еще должен быть|0⟩ или |1⟩,

Поэтому для этой схемы невозможно клонировать произвольное состояние.|ψ⟩и один пример состояния, которое он не может клонировать: 12(|0⟩+|1⟩),


@NeildeBeaudrap: оригинальный вопрос |Икс⟩так что я говорю, что это работает только тогда, когда |Икс⟩0 или 1, но не в суперпозиции. Вы изменили это на|ψ⟩, нужно ли иметь другой символ?
— user1271772

4

Теорема об отсутствии клонирования говорит, что не существует схемы, которая создает независимые копии всех квантовых состояний. Математически ни одно клонирование не утверждает, что:

∀C:∃a,b:C⋅((a|0⟩+b|1⟩)⊗|0⟩)≠(a|0⟩+b|1⟩)⊗(a|0⟩+b|1⟩)

Fanout circuits don't violate this theorem. They don't make indepedent copies. They make entangled copies. Mathematically, they do:

FANOUT⋅((a|0⟩+b|1⟩)⊗|0⟩)=a|00⟩+b|11⟩

So everything is fine because a|00⟩+b|11⟩ is not the same thing as (a|0⟩+b|1⟩)⊗(a|0⟩+b|1⟩).

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.