সমস্ত কোয়ান্টাম গেটগুলি যদি একক হতে পারে তবে পরিমাপের কী হবে?


23

সমস্ত কোয়ান্টাম অপারেশনগুলি বিপরীতমুখীকরণের অনুমতি দেওয়ার জন্য একক হতে হবে, তবে পরিমাপের কী হবে? পরিমাপকে ম্যাট্রিক্স হিসাবে উপস্থাপিত করা যেতে পারে এবং ম্যাট্রিক্সটি কুইবিটে প্রয়োগ করা হয়, যাতে এটি কোয়ান্টাম গেটের ক্রিয়াকলাপের সমতুল্য মনে হয়। এটি অবশ্যই প্রত্যাবর্তনযোগ্য নয়। এমন কোনও পরিস্থিতি রয়েছে যেখানে অ-একক গেটের অনুমতি দেওয়া যেতে পারে?

উত্তর:


21

একত্রীকরণ অপারেশনগুলি কোয়ান্টাম অপারেশনের কেবল একটি বিশেষ কেস , যা লিনিয়ার, সম্পূর্ণ ইতিবাচক মানচিত্র ("চ্যানেল") যা ঘনত্ব অপারেটরগুলিকে ঘনত্ব অপারেটরদের মানচিত্র করে। এই চ্যানেলের Kraus-প্রতিনিধিত্ব সুস্পষ্ট হয়ে,

Φ(ρ)=∑i=1nKiρKi†,
যেখানে তথাকথিত Kraus অপারেটার Ki মেটান ∑i=1nKi†Ki≤I ( স্বরলিপি)। প্রায়শই কেউ কেবলমাত্র ট্রেস-সংরক্ষণের কোয়ান্টাম অপারেশন বিবেচনা করে, যার জন্য আগের অসমতার সমতা ধারণ করে। অতিরিক্ত হিসাবে যদি কেবলমাত্র একটি ক্রাউস অপারেটর থাকে (সুতরাং n=1 ), তবে আমরা দেখতে পাচ্ছি যে কোয়ান্টাম অপারেশনটি একক।

তবে কোয়ান্টাম গেটগুলি একক, কারণ এগুলি হ্যামিলটোনীয় একটি নির্দিষ্ট সময়ের জন্য ক্রিয়াকলাপের মাধ্যমে প্রয়োগ করা হয় যা শ্রডিনগার সমীকরণ অনুসারে একক সময়ের বিবর্তন দেয়।


4
+1 কোয়ান্টাম মেকানিক্সে আগ্রহী প্রত্যেককে (কেবল কোয়ান্টামের তথ্য নয়) কোয়ান্টাম অপারেশন সম্পর্কে জানতে হবে যেমন নিলসন এবং চুয়াং থেকে। আমি মনে করি এটি উল্লেখ করার মতো (যেহেতু স্টাইনস্প্রিংয়ের বিস্তারের উইকিপিডিয়া পৃষ্ঠাটি খুব প্রযুক্তিগত) প্রতিটি সীমাবদ্ধ-মাত্রিক কোয়ান্টাম অপারেশন গাণিতিকভাবে বৃহত্তর হিলবার্ট স্পেসে কিছু একক ক্রিয়াকলাপের পরে সাবসিস্টেমের সীমাবদ্ধতা (আংশিক ট্রেস দ্বারা) ।
— নিনাত ডাঙনিয়াম

13

সংক্ষিপ্ত উত্তর

কোয়ান্টাম অপারেশন না ঐকিক হতে হবে। আসলে, অনেকগুলি কোয়ান্টাম অ্যালগরিদম এবং প্রোটোকল অ-ইউনিটারিটির ব্যবহার করে।


দীর্ঘ উত্তর

মাপ তর্কসাপেক্ষে অ ঐকিক ট্রানজিশন আলগোরিদিম একটি মৌলিক উপাদান (অর্থে যে একটি "পরিমাপ" অসঙ্গতির অপারেশনের পর প্রাপ্ত সম্ভাব্যতা বিতরণের থেকে স্যাম্পলিং সমতূল্য হচ্ছে সবচেয়ে বড় উদাহরণ )।Σটগট|ট⟩↦Σট|গট|2|ট⟩⟨ট|

আরও সাধারণভাবে, সম্ভাব্য পদক্ষেপের সাথে জড়িত যে কোনও কোয়ান্টাম অ্যালগরিদমের জন্য অ-এককীয় ক্রিয়াকলাপ প্রয়োজন। মাথায় আসে একটি উল্লেখযোগ্য উদাহরণ হ'ল সমীকরণের রৈখিক সিস্টেমগুলি সমাধান করার জন্য এইচএইচএল09 এর অ্যালগরিদম (দেখুন 0811.3171 )। এই অ্যালগরিদম মধ্যে একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ ম্যাপিং হয় , যেখানে | λ j some হ'ল কিছু অপারেটরের আইজেনভেেক্টর । এই ম্যাপিংটি অগত্যা সম্ভাব্য এবং তাই অ-একক ary|λঞ⟩↦সিλঞ-1|λঞ⟩|λঞ⟩

যে কোনও অ্যালগরিদম বা প্রোটোকল যা (শাস্ত্রীয়) ফিড-ফরোয়ার্ড ব্যবহার করে তা অ-এককীয় ক্রিয়াকলাপও ব্যবহার করে। এটি পুরো ওয়ান-ওয়ে কোয়ান্টাম কম্পিউটেশন প্রোটোকলগুলির (যা নাম হিসাবে বোঝা যায়, অবিবর্তনীয় অপারেশনগুলির প্রয়োজন)।

একক ফোটনের সাথে অপটিক্যাল কোয়ান্টাম গণনার জন্য সর্বাধিক উল্লেখযোগ্য স্কিমগুলির জন্য বিভিন্ন ফটনের রাজ্যগুলিকে জড়িয়ে রাখতে পরিমাপ এবং কখনও কখনও পোস্ট-নির্বাচনও প্রয়োজন। উদাহরণস্বরূপ, কেএলএম প্রোটোকল সম্ভাব্য গেট তৈরি করে, যা কমপক্ষে আংশিকভাবে অবিবর্তনযোগ্য। বিষয়টিতে একটি দুর্দান্ত পর্যালোচনা হ'ল কোয়ান্ট- ph / 0512071 ।

কম স্বজ্ঞাত উদাহরণগুলি ডিসপ্লেপশন -প্ররোচিত কোয়ান্টাম স্টেট ইঞ্জিনিয়ারিং দ্বারা সরবরাহ করা হয় (যেমন 1402.0529 বা srep10656 ) 6 এই প্রোটোকলগুলিতে, একটি উন্মুক্ত মানচিত্রের dissipative গতিশীল ব্যবহার করে এবং পরিবেশের সাথে রাষ্ট্রের মিথস্ক্রিয়াকে ইঞ্জিনিয়াররা এমনভাবে ব্যবহার করে যাতে সিস্টেমের দীর্ঘকালীন স্থিতিশীল অবস্থাটি কাঙ্ক্ষিত।


11

কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং পদার্থবিজ্ঞানে অফ-টপিক যাওয়ার ঝুঁকিতে আমি এই বিষয়টির একটি প্রাসঙ্গিক অনুচ্ছেদ বলে আমি কী উত্তর দেব, এবং এটি কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের একক গেটগুলির আলোচনাকে অবহিত করতে ব্যবহার করব।

এখানে প্রশ্নটি হল: আমরা কোয়ান্টাম গেটে একতা কেন চাই?

উপরের মতো কম সুনির্দিষ্ট উত্তরটি হ'ল এটি আমাদের 'রিভার্সিবিলিটি' দেয়, বা পদার্থবিদরা প্রায়শই এটি সম্পর্কে কথা বলেন, সিস্টেমের জন্য এক ধরণের প্রতিসাম্য। আমি এই মুহূর্তে কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞান মধ্যে একটি কোর্স নিয়ে যাচ্ছি, আর পথ ঐকিক দরজা যে কোর্সে আপ মুণ্ডিত ইচ্ছা দ্বারা উদ্দেশ্য প্রণোদিত ছিল শারীরিক রূপান্তরের আছে ইউ : symmetries হিসাবে কাজ। এই রূপান্তর দুটি অবস্থার আরোপিত ইউ :ইউ^ইউ^

  1. রূপান্তরগুলি রাজ্যের উপর রৈখিকভাবে কাজ করা উচিত (এটি আমাদের ম্যাট্রিক্স উপস্থাপনা দেয়)।
  2. রূপান্তরগুলির সম্ভাব্যতা বা আরও নির্দিষ্টভাবে অভ্যন্তরীণ পণ্য সংরক্ষণ করা উচিত । এর অর্থ হ'ল আমরা যদি সংজ্ঞা দিই:

|ψ'⟩=ইউ|ψ⟩,|φ'⟩=ইউ|φ⟩

ভেতরের পণ্য উপায়ে সংরক্ষণ করে । এই দ্বিতীয় স্পেসিফিকেশন থেকে একতাবদ্ধতা প্রাপ্ত করা যেতে পারে (সম্পূর্ণ তথ্যের জন্য ডক্টর ভ্যান রামসডনকের নোটগুলি এখানে দেখুন )।⟨φ||ψ⟩=⟨φ'||ψ'⟩

সুতরাং এটি "বিপরীতমুখী" জিনিসগুলি অপারেশনগুলিকে কেন একক হতে হবে তার প্রশ্নের উত্তর দেয়।

পরিমাপ কেন নিজেই একক নয় এই প্রশ্নটি কোয়ান্টাম গণনার সাথে সম্পর্কিত। একটি পরিমাপ একটি ভিত্তিতে একটি অভিক্ষেপ হয়; সংক্ষেপে, এটি এক বা একাধিক ভিত্তিক রাজ্যকে নিজের রাজ্য হিসাবে "উত্তর" দিতে হবে। এটি রাষ্ট্রকে এমনভাবে ছেড়ে দেয় যা পরিমাপের "উত্তর" এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ এবং রাষ্ট্রটি যে সূচনা দিয়েছিল তার অন্তর্নিহিত সম্ভাবনার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ নয় । সুতরাং অপারেশনটি আমাদের রূপান্তর 1 এর স্পেসিফিকেশন সন্তুষ্ট করে , তবে স্পষ্টভাবে স্পেসিফিকেশনটি পূরণ করে না 2. সমস্ত ম্যাট্রিক সমানভাবে তৈরি হয় না!ইউ

জিনিসগুলিকে কোয়ান্টাম গণনায় ফিরিয়ে আনার জন্য, পরিমাপটি ধ্বংসাত্মক এবং প্রজেক্টিভ (যেহেতু আমরা কেবল অভিন্ন রাজ্যের বারবার পরিমাপের মাধ্যমে সুপারপজিশনটি পুনর্গঠন করতে পারি, এবং প্রতিটি পরিমাপ কেবল আমাদের একটি 0/1 উত্তর দেয়), তার অংশটি যা তৈরি করে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং নিয়মিত কম্পিউটিং সূক্ষ্মের মধ্যে বিভাজন (এবং কেন এটি নীচে পিন করা কঠিন) এর একটি অংশ)। কেউ ধরে নিতে পারেন কোল্টাম কম্পিউটিংটি হিলবার্ট স্পেসের নিখুঁত আকারের কারণে আমাদের কাছে all সমস্ত রাজ্য সুপারপজিশন উপলব্ধ থাকার কারণে আরও শক্তিশালী। কিন্তু সেই তথ্যটি বের করার আমাদের ক্ষমতা ভারী সীমিত।

আমি যতদূর বুঝতে পেরেছি এ থেকে বোঝা যায় যে তথ্য সংরক্ষণের উদ্দেশ্যে, এক কুইবিট কেবল নিয়মিত বিটের মতোই ভাল এবং এর চেয়ে ভাল আর কিছু নয়। অন্তর্নিহিত লিনিয়ার-বীজগণিত কাঠামোর কারণে আমরা যেভাবে তথ্যকে কেনাবেচা করে তার সাথে কোয়ান্টাম গণনা চালাক হতে পারি।


1
আমি শেষ অনুচ্ছেদে কিছুটা রহস্যজনক খুঁজে পেয়েছি। এখানে "পিচ্ছিল" বিচ্ছেদ বলতে কী বোঝ? পরিমাপ ধ্বংসাত্মক যে সত্যটি এই জাতীয় বিচ্ছেদ সম্পর্কে কিছু বোঝায় কীভাবে তা স্পষ্ট নয়। আপনি এই বিষয়গুলি পরিষ্কার করতে পারেন?
— GMS

2
@ জিএলএস, ভাল পয়েন্ট, এটি খারাপভাবে বলা হয়েছিল। এটা কি সাহায্য করে? আমি মনে করি না যে আমি বিশেষ করে গভীর কিছু বলছি, কেবল হিলবার্ট স্পেস
— সাইজই প্রাইমারী

8

এখানে বেশ কয়েকটি ভ্রান্ত ধারণা রয়েছে, এদের বেশিরভাগের উত্স কেবলমাত্র কোয়ান্টাম মেকানিক্সের খাঁটি রাষ্ট্রীয় আনুষ্ঠানিকতার সংস্পর্শে থেকে , সুতরাং আসুন একে একে তাদেরকে সম্বোধন করুন:

  1. সমস্ত কোয়ান্টাম অপারেশনগুলি বিপরীতমুখীকরণের অনুমতি দেওয়ার জন্য একক হতে হবে, তবে পরিমাপের কী হবে?

এটা মিথ্যা। সাধারণত, একটি কোয়ান্টাম সিস্টেমের রাজ্যের শুধু একটি হিলবার্ট স্থান ভেক্টর নয় কিন্তু ঘনত্ব ম্যাট্রিক্স - ইউনিট-ট্রেস ইতিবাচক semidefinite অপারেটার হিলবার্ট স্পেস অভিনয় এইচ অর্থাত, ρ : এইচ → এইচ , টি R ( ρ ) = 1 , এবং ρ ≥ 0 (নোট করুন যে খাঁটি রাষ্ট্রের ভেক্টর হিলবার্ট স্পেসে ভেক্টর নয় বরং একটি জটিল প্রজেক্টিভ স্পেসে রশ্মি করেছেন ; এক কোয়েটের জন্য এটি হিলবার্ট স্পেস সি P 1 এবং C 2 নয়এইচ -এইচρ:এইচ→এইচটিR(ρ)=1ρ≥0সিপি1সি2)। ঘনত্বের ম্যাট্রিকগুলি কোয়ান্টাম রাজ্যের একটি পরিসংখ্যানের নকশা বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয়।

ঘনত্ব ম্যাট্রিক্স বলা হয় বিশুদ্ধ যদি এবং মিশ্র যদি ρ 2 < ρ । একবার আমরা যখন খাঁটি রাষ্ট্রের ঘনত্বের ম্যাট্রিক্সের সাথে ডিল করি (যা কোনও পরিসংখ্যানগত অনিশ্চয়তার সাথে জড়িত না), যেহেতু ρ 2 = ρ , ঘনত্বের ম্যাট্রিক্স আসলে একটি প্রজেকশন অপারেটর এবং কোনও এটি খুঁজে পেতে পারে | ψ ⟩ ∈ এইচ যেমন যে ρ = | ψ ⟩ ⟨ ψ | ।ρ2=ρρ2<ρρ2=ρ|ψ⟩∈এইচρ=|ψ⟩⟨ψ|

সর্বাধিক সাধারণ কোয়ান্টাম অপারেশন হ'ল সিপি-ম্যাপ (সম্পূর্ণ ধনাত্মক মানচিত্র), অর্থাৎ, যেমন Φ ( ρ ) = ∑ i কে আই ρ কে † i ; Σ আমি কে † আমি K আমি ≤ আমি (যদি Σ আমি কে † আমি K আমি = আমি তাহলে এই বলা হয় CPTP (সম্পূর্ণরূপে ইতিবাচক ও ট্রেস-সংরক্ষণের ) মানচিত্রে বাΦ:এল(এইচ)→এল(এইচ)

Φ(ρ)=Σআমিকেআমিρকেআমি†;Σআমিকেআমি†কেআমি≤আমি
Σআমিকেআমি†কেআমি=আমিকোয়ান্টাম চ্যানেল ) যেখানে বলা হয় Kraus অপারেটার ।{কেআমি}

এখন, ওপির দাবিতে ফিরে আসা যে সমস্ত কোয়ান্টাম অপারেশনগুলি বিপরীতমুখীকরণের অনুমতি দেওয়ার জন্য একাত্ম - এটি ঠিক সত্য নয়। কোয়ান্টাম মেকানিক্সে (বদ্ধ সিস্টেম কোয়ান্টাম বিবর্তনের জন্য) সময়ের বিবর্তন অপারেটরের এককতা ( ) কেবলমাত্র শ্রীডিনগার সমীকরণের পরিণতি।ই-আমিএইচটি/ℏ

যাইহোক, যখন আমরা ঘনত্বের ম্যাট্রিকগুলি বিবেচনা করি, তখন সর্বাধিক সাধারণ বিবর্তনটি হ'ল সিপি-ম্যাপ (বা বন্ধ সিস্টেমের ট্রেস সংরক্ষণের জন্য সিপিটিপি এবং সুতরাং সম্ভাবনা) is

  1. এমন কোনও পরিস্থিতি রয়েছে যেখানে অ-একক গেটের অনুমতি দেওয়া যেতে পারে?

হ্যাঁ। একটি গুরুত্বপূর্ণ উদাহরণ যা মনে আসে তা হ'ল ওপেন কোয়ান্টাম সিস্টেম যেখানে ক্রাউস অপারেটরগুলি (যা একক নয়) সেই "গেটস" যার সাহায্যে সিস্টেমটি বিকশিত হয়।

মনে রাখবেন যদি সেখানে শুধুমাত্র একটি একক Kraus অপারেটর তারপর, । তবে কেবলমাত্র একটি আমি , সুতরাং, আমাদের কাছে রয়েছে, কে † কে = আই বা, কে একক unit সিস্টেম উন্নতির সুতরাং হিসাবে ρ → ইউ ρ ইউ † (যা মান বিবর্তন আপনি আগে দেখে থাকবেন যে)। তবে, সাধারণভাবে, বেশ কয়েকটি ক্রাউস অপারেটর রয়েছে এবং তাই বিবর্তনটি অ-একক।Σআমিকেআমি†কেআমি=আমিআমিকে†কে=আমিকেρ→ইউρইউ†

চূড়ান্ত পর্যায়ে আসছে:


  1. পরিমাপকে ম্যাট্রিক্স হিসাবে উপস্থাপিত করা যেতে পারে এবং ম্যাট্রিক্সটি কুইবিটে প্রয়োগ করা হয়, যাতে এটি কোয়ান্টাম গেটের ক্রিয়াকলাপের সমতুল্য মনে হয়। এটি অবশ্যই প্রত্যাবর্তনযোগ্য নয়।

--|φ⟩⟨φ||ψ⟩|⟨φ|ψ⟩|2|φ⟩

{এমআমি}এইচΣআমি=1এনএমআমি=আমি

ρ→ইআমিρইআমি†tr(ইআমিρইআমি†), কোথায় এমআমি=ইআমি†ইআমি।

tr(ইআমিρইআমি†)=:পিআমিএমআমিρ→ইআমিρইআমি†পিআমি

সম্পাদনা 1: আপনি স্টেইনস্প্রিংয়ের বিস্তৃত তত্ত্বটি আগ্রহী হতে পারেন যা আপনাকে সিপিটিপি মানচিত্র এবং বৃহত্তর হিলবার্ট স্পেসে ইউনিটরি অপারেশন এবং তারপরে (সেন্সরযুক্ত) হিলবার্ট স্পেসের আংশিক ট্রেসিংয়ের ( 1 , 2 ) দেখুন।


5

আমি পরিমাপের ধারণা সম্পর্কে অন্যান্য উত্তরগুলির পরিপূরক হিসাবে একটি সামান্য বিট যুক্ত করব।

পরিমাপটি সাধারণত কোয়ান্টাম মেকানিক্সের পোস্টুলেট হিসাবে নেওয়া হয়। ইলবার্ট স্পেসগুলি সম্পর্কে সাধারণত কিছু পূর্ববর্তী পোস্টুলেট থাকে তবে সেগুলি অনুসরণ করা

  • একজনএকজন^এইচ
  • একজনψএকটিএন
    পি^এন|ψ⟩‖পি^এন|ψ⟩‖,
    পি^এনএকটিএন

পি^†=পি^পি^2=পি^10পি^এন1,0একটিএন|ψ⟩


2

পরিমাপ একক ক্রিয়াকলাপ, আপনি কেবল এটি দেখতে পাচ্ছেন না: একটি পরিমাপ কিছু জটিল (কোয়ান্টাম) অপারেশনের সমান যা কেবল সিস্টেমে নয় তার পরিবেশের উপরেও কাজ করে। যদি কেউ কোয়ান্টাম সিস্টেম হিসাবে (পরিবেশ সহ) সকলকে মডেল করে রাখে, তবে একটির সমস্ত উপায় একক কাজ করবে।

যাইহোক, সাধারণত এটির সামান্য বক্তব্য থাকে কারণ আমরা সাধারণত পরিবেশ সম্পর্কে সঠিক ক্রিয়াটি জানি না এবং সাধারণত যত্ন করে না। আমরা যদি কেবলমাত্র সিস্টেমটিকে বিবেচনা করি, তবে ফলাফলটি তরঙ্গ ফাংশনটির সুপরিচিত পতন, যা প্রকৃতপক্ষে একটি অ-একক ক্রিয়াকলাপ।


1

কোয়ান্টাম রাজ্য দুটি উপায়ে পরিবর্তন করতে পারে: ১. কোয়ান্টামলি , ২. ক্লাসিক্যালি ।

  1. পরিমাণগতভাবে সংঘটিত সমস্ত রাষ্ট্রীয় পরিবর্তনগুলি একক। সকল কোয়ান্টাম গেটস, কোয়ান্টাম ত্রুটি, ইত্যাদির কোয়ান্টাম হয় পরিবর্তন ।

  2. শাস্ত্রীয় পরিবর্তনের একক হওয়ার কোনও বাধ্যবাধকতা নেই , যেমন পরিমাপ একটি শাস্ত্রীয় পরিবর্তন ।

আরও সমস্ত কারণ, কেন বলা হয় যে কোয়ান্টামের অবস্থাটি পরিমাপ করা হলে এটি 'বিঘ্নিত' হয়।


1
ত্রুটিগুলি "কোয়ান্টাম" হবে কেন?
— নরবার্ট শোচ

@ নরবার্টশুচ: পরিবেশকে "পরিমাপ" করার আকারে কিছু ত্রুটি আসতে পারে, যা এই ব্যবহারকারীর ভাষায় শাস্ত্রীয় হিসাবে বিবেচিত হতে পারে, তবে অন্যান্য ত্রুটিগুলি ব্লচ গোলকের আবর্তন / রূপান্তর আকারে আসতে পারে যা ডোন ' ক্লাসিকভাবে t বোঝা। অবশ্যই আপনি পুরো কোয়ান্টাম গতিশীলতাগুলি করতে হবে যদি আপনি ডিকোহারেন্সকে ঠিক মডেল করতে চান (নন-মার্কোভিয়ান এবং নন-পার্টর্টেটিভ আদর্শ, তবে এমনকি মার্কোভিয়ান মাস্টার সমীকরণগুলি কোয়ান্টাম)।
— ব্যবহারকারী 1271772

σএক্স,σY,σz- র

আরও সুনির্দিষ্ট হওয়ার জন্য, ত্রুটিগুলি যা কিউইসিসি দ্বারা যত্ন নেওয়া হয়।
— alphaQuant

1
আমি অনুমান করি যে "কোয়ান্টাম" এবং "শাস্ত্রীয়" অর্থ কী তা আমি নিশ্চিত নই। সিপি ম্যাপ কী হিসাবে যোগ্যতা অর্জন করবে?
— নরবার্ট শুচ
আমাদের সাইট ব্যবহার করে, আপনি স্বীকার করেছেন যে আপনি আমাদের কুকি নীতি এবং গোপনীয়তা নীতিটি পড়েছেন এবং বুঝতে পেরেছেন ।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.