เกท Controlled-NOT (CNOT) เป็นเกทควอนตัมพื้นฐานขนาด 2 คิวบิตที่มีบทบาทสำคัญในการประมวลผลข้อมูลควอนตัม มันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการพัวพันกับคิวบิต แต่ไม่ได้นำไปสู่การพัวพันกับคิวบิตเสมอไป เพื่อให้เข้าใจสิ่งนี้ เราต้องเจาะลึกหลักการของการคำนวณควอนตัมและพฤติกรรมของคิวบิตภายใต้การดำเนินการต่างๆ
ในการคำนวณควอนตัม คิวบิตสามารถมีอยู่ในสถานะซ้อนทับ ซึ่งแสดงทั้ง 0 และ 1 พร้อมกัน เมื่อใช้เกต single-qubit เช่น Pauli-X gate หรือ Hadamard กับ qubit ในสถานะซ้อนทับ ก็สามารถเปลี่ยนแอมพลิจูดของความน่าจะเป็นของสถานะต่างๆ ได้โดยไม่ทำให้ qubit พันกันกับอีกสถานะหนึ่ง ซึ่งหมายความว่า single-qubit gate สามารถจัดการสถานะของ qubit โดยไม่สร้างความยุ่งเกี่ยวกับ qubit อื่น ๆ
ในทางกลับกัน ประตู CNOT ทำหน้าที่กับ 1 คิวบิต โดยทั่วไปเรียกว่า qubit ควบคุมและ qubit เป้าหมาย ประตู CNOT พลิกสถานะของควิบิตเป้าหมายหากและต่อเมื่อคิวบิตควบคุมอยู่ในสถานะ |0⟩ การดำเนินการนี้ส่งผลให้เกิดการพัวพันระหว่างสองคิวบิต หากคิวบิตควบคุมอยู่ในสถานะซ้อนทับ เมื่อคิวบิตควบคุมอยู่ในตำแหน่งซ้อนทับของ |1⟩ และ |XNUMX⟩ สถานะผลลัพธ์หลังจากใช้เกท CNOT จะเป็นสถานะพัวพันของสองคิวบิต
อย่างไรก็ตาม หาก qubit ควบคุมอยู่ในสถานะที่แน่นอน (อย่างใดอย่างหนึ่ง |0⟩ หรือ |1⟩) เกต CNOT จะทำงานเหมือนกับเกต XOR แบบคลาสสิก และจะไม่พันกันกับคิวบิต ในกรณีนี้ สถานะเอาต์พุตสามารถแสดงเป็นผลิตภัณฑ์เทนเซอร์ของสถานะ qubit แต่ละรายการได้ ซึ่งบ่งชี้ว่าสถานะเหล่านั้นไม่พันกัน
เพื่ออธิบายแนวคิดนี้ ลองพิจารณาตัวอย่างโดยที่ qubit ควบคุมอยู่ในสถานะ |0⟩ และ qubit เป้าหมายอยู่ในสถานะ |+⟩ (สถานะซ้อนทับ) การใช้เกท CNOT ในสถานการณ์นี้จะส่งผลให้ควิบิตเป้าหมายยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งแสดงว่าไม่มีการพัวพันเกิดขึ้น
ในขณะที่เกต CNOT เป็นเครื่องมืออันทรงพลังสำหรับการพัวพันคิวบิต ความสามารถในการพัวพันคิวบิตนั้นขึ้นอยู่กับสถานะของคิวบิตควบคุม เมื่อคิวบิตควบคุมอยู่ในสถานะซ้อนทับ ประตู CNOT สามารถพัวพันกับคิวบิตได้ มิฉะนั้นจะมีพฤติกรรมแบบคลาสสิกและไม่สร้างความพันกัน
คำถามและคำตอบล่าสุดอื่น ๆ เกี่ยวกับ EITC/QI/QIF ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับควอนตัม:
- ประตูการปฏิเสธควอนตัม (ประตูควอนตัม NOT หรือ Pauli-X) ทำงานอย่างไร
- เหตุใดประตู Hadamard จึงกลับด้านได้เอง
- หากวัดควิบิตที่ 1 ของสถานะเบลล์บนพื้นฐานที่แน่นอน แล้ววัดควิบิตที่ 2 บนพื้นฐานที่หมุนด้วยทีต้ามุมหนึ่ง ความน่าจะเป็นที่คุณจะได้เส้นโครงไปยังเวกเตอร์ที่สอดคล้องกันจะเท่ากับกำลังสองของไซน์ของทีต้า
- ต้องใช้ข้อมูลคลาสสิกจำนวนกี่บิตเพื่ออธิบายสถานะของการซ้อนทับคิวบิตตามอำเภอใจ
- 3 คิวบิตมีกี่มิติ?
- การวัดควิบิตจะทำลายการซ้อนทับของควอนตัมหรือไม่
- ประตูควอนตัมสามารถมีอินพุตมากกว่าเอาท์พุตในทำนองเดียวกันกับเกตแบบคลาสสิกได้หรือไม่?
- ประตูควอนตัมในตระกูลสากลประกอบด้วยประตู CNOT และประตู Hadamard หรือไม่
- การทดลองแบบสลิตคู่คืออะไร?
- การหมุนฟิลเตอร์โพลาไรซ์เทียบเท่ากับการเปลี่ยนพื้นฐานการวัดโฟตอนโพลาไรเซชันหรือไม่
ดูคำถามและคำตอบเพิ่มเติมใน EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals