בתחום החישוב הקוונטי, למושג משפחה אוניברסלית של שערים קוונטיים יש חשיבות משמעותית. משפחה אוניברסלית של שערים מתייחסת לקבוצה של שערים קוונטיים שניתן להשתמש בהם כדי להעריך כל טרנספורמציה יחידה לכל דרגת דיוק רצויה.
שער CNOT ושער הדמרד הם שני שערים יסודיים הנכללים לרוב במשפחה אוניברסלית שכזו בשל תכונותיהם ויכולותיהם הייחודיות.
שער CNOT, קיצור של Controlled-NOT gate, הוא שער שני קיוביטים המבצע פעולת NOT (היפוך סיביות) על קיוביט המטרה רק אם קיוביט הבקרה במצב |1⟩. בצורת מטריצה, ניתן לייצג את שער CNOT כ:
[טקסט{CNOT} = התחלה{bmatrix}
1 & 0 & 0 & 0 \
0 & 1 & 0 & 0 \
0 & 0 & 0 & 1 \
0 ו-0 ו-1 ו-0
סוף{bmatrix}
]
שער האמרד הוא שער קיוביט בודד היוצר סופרפוזיציה ומבצע שינוי בסיס. הוא הופך את המצב |0⟩ ל-(|0⟩ + |1⟩)/√2 ואת המצב |1⟩ ל-(|0⟩ – |1⟩)/√2. הייצוג המטריצי של שער המרד הוא:
[H = frac{1}{sqrt{2}} התחלה{bmatrix}
1 ו-1 \
1 ו-1
סוף{bmatrix}
]
כדי ליצור משפחה אוניברסלית של שערים, חשוב שתהיה קבוצה של שערים שיכולה ליצור כל טרנספורמציה יחידה במערכת קוונטית. שער ה-CNOT חיוני להסתבכות של קיוביטים, דרישת מפתח לחישוב קוונטי. שער הדמרד, לעומת זאת, חשוב ליצירת סופרפוזיציה וביצוע שינויים בבסיס, המאפשרים מגוון רחב יותר של פעולות קוונטיות.
בשילוב שערים אחרים כגון שער הפאזה הבודד קיוביט, שער ה-CNOT ושער Hadamard יוצרים קבוצה עוצמתית של 3 פעולות שיכולות להתקרב לכל טרנספורמציה יחידה (או כל שער קוונטי אחר או קבוצה של שערים כאלה). היכולת הזו להעריך כל טרנספורמציה יחידה היא מה שהופך אותם לחלק ממשפחה אוניברסלית של שערים.
שער CNOT ושער Hadamard הם מרכיבים אינטגרליים ממשפחה אוניברסלית של שערים קוונטיים בשל יכולותיהם להסתבך בקיוביטים, ליצור סופרפוזיציה ולאפשר מגוון רחב של פעולות קוונטיות. על ידי שילוב שערים אלו עם שערים קוונטיים אחרים (די עם שער הפאזה הקיווביט הבודד), ניתן להעריך כל טרנספורמציה יחידה, מה שהופך אותם לאבני בניין חיוניות בחישוב קוונטי.
שאלות ותשובות אחרונות אחרות בנושא יסודות המידע הקוונטי של EITC/QI/QIF:
- האם משרעות של מצבים קוונטיים הם תמיד מספרים ממשיים?
- כיצד פועל שער השלילה הקוונטי (קוונטי NOT או שער פאולי-X)?
- מדוע שער המרד ניתן להפיכה עצמית?
- אם למדוד את הקיוביט הראשון של מצב הפעמון בבסיס מסוים ואז למדוד את הקיוביט השני בבסיס המסובב על ידי תטא זווית מסוימת, ההסתברות שתקבלי השלכה לוקטור המתאים שווה לריבוע הסינוס של תטא?
- כמה פיסות מידע קלאסי יידרשו כדי לתאר את המצב של סופרפוזיציה שרירותית של קיוביט?
- לכמה ממדים יש רווח של 3 קיוביטים?
- האם המדידה של קיוביט תהרוס את הסופרפוזיציה הקוונטית שלו?
- האם לשערים קוונטיים יכולים להיות יותר כניסות מאשר פלטים בדומה לשערים קלאסיים?
- מהו ניסוי חריץ כפול?
- האם סיבוב מסנן מקטב שווה ערך לשינוי בסיס מדידת קיטוב הפוטונים?
הצג שאלות ותשובות נוספות ב-EITC/QI/QIF Information Quantum Fundamentals