Читать книгу Квантовые операции и вычисления: От основ до практики. Искусство квантовых состояний - - Страница 5

Описание операции S на кубитах и ее влияние на состояние кубита

Операция S является одной из базовых операций в квантовых вычислениях.

Рассмотрим ее описание и влияние на состояние кубита.

Математически, операция S определяется следующим образом:

S|0⟩ = |0⟩,

S|1⟩ = i|1⟩.

Операция S изменяет фазу состояния кубита |1⟩ путем умножения на комплексное число i. Это означает, что фаза состояния |1⟩ поворачивается на 90 градусов по часовой стрелке вокруг оси Z на сфере Блоха.

Влияние операции S на состояние кубита заключается в изменении его фазы. Например, если у нас есть кубит в состоянии |1⟩, применение операции S приведет его к состоянию i|1⟩. Это означает, что фаза состояния |1⟩ поворачивается.

Операция S полезна для изменения фазы кубитов и выполнения манипуляций, которые могут быть труднозатратны другими операциями. Она используется в комбинации с другими операциями, такими как H, T и CNOT, для выполнения сложных вычислений и создания уникальных состояний кубитов.

Важно отметить, что операция S является одним из четырех вентилей сдвига фазы, вместе с S† (сопряженным к операции S), T и T†. Они образуют набор операций сдвига фазы, которые могут использоваться для выполнения различных манипуляций и вычислений с фазами кубитов.

Общее влияние операции S на состояние кубита заключается в изменении его фазы, что может быть полезно для реализации различных вычислительных задач и алгоритмов в квантовых системах.

Примеры расчетов с применением операции S и объяснения результатов

Рассмотрим примеры расчетов с применением операции S и объясним результаты.

Предположим, у нас есть два кубита, кубит 1 и кубит 2, в следующих состояниях:

Кубит 1: |0⟩,

Кубит 2: |1⟩.

1. Применение операции S на кубите 2:

S|1⟩ = i|1⟩.

При применении операции S на кубите 2 в состоянии |1⟩, мы получаем фазовый сдвиг на 90 градусов, который отражается в умножении на комплексное число i. Таким образом, кубит 2 переходит в состояние i|1⟩.

2. Применение операции S на кубите 1:

S|0⟩ = |0⟩.

При применении операции S на кубите 1 в состоянии |0⟩, состояние не изменяется, так как операция S оставляет базовое состояние |0⟩ неизменным.

Обратите внимание, что операция S не изменяет состояния базиса |0⟩, а только вносит фазовые сдвиги в состояния базиса |1⟩. Ее влияние в основном связано с изменением фазы состояний кубитов.

Операция S позволяет нам изменять фазу состояний кубитов и выполнять манипуляции, которые не могут быть достигнуты другими операциями. Применение операции S зависит от исходного состояния кубитов и позволяет нам манипулировать фазами в квантовых системах. Результаты применения операции S могут использоваться в последующих вычислениях и манипуляциях с кубитами.