بوابة Controlled-NOT (CNOT) هي بوابة كمومية أساسية ثنائية الكيبت تلعب دورًا حاسمًا في معالجة المعلومات الكمومية. إنه ضروري لتشابك الكيوبتات، لكنه لا يؤدي دائمًا إلى تشابك الكيوبتات. لفهم ذلك، نحتاج إلى التعمق في مبادئ الحوسبة الكمومية وسلوك البتات الكمومية في ظل عمليات مختلفة.
في الحوسبة الكمومية، يمكن أن توجد الكيوبتات في حالات تراكب، تمثل كلا من 0 و 1 في وقت واحد. عند تطبيق بوابات أحادية الكيوبت، مثل بوابة Pauli-X أو بوابة Hadamard، على كيوبت في حالة تراكب، يمكن تغيير السعات الاحتمالية للحالات دون تشابك الكيوبت مع آخر. وهذا يعني أن البوابات ذات البت الكمي الواحد يمكنها التعامل مع حالة الكيوبت دون خلق تشابك مع الكيوبتات الأخرى.
من ناحية أخرى، تعمل بوابة CNOT على اثنين من الكيوبتات، يشار إليهما عادة باسم كيوبت التحكم والكيوبت المستهدف. تقلب بوابة CNOT حالة الكيوبت المستهدف إذا وفقط إذا كان كيوبت التحكم في الحالة |1⟩. تؤدي هذه العملية إلى التشابك بين الكيوبتين إذا كان كيوبت التحكم في حالة تراكب. عندما يكون كيوبت التحكم في حالة تراكب |0⟩ و|1⟩، فإن الحالة الناتجة بعد تطبيق بوابة CNOT هي حالة متشابكة بين الكيوبتين.
ومع ذلك، إذا كان كيوبت التحكم في حالة محددة (إما |0⟩ أو |1⟩)، فإن بوابة CNOT تتصرف مثل بوابة XOR الكلاسيكية، ولا تؤدي إلى تشابك البتات الكمومية. في هذه الحالة، يمكن التعبير عن حالة الإخراج كمنتج موتر لحالات الكيوبت الفردية، مما يشير إلى أنها غير متشابكة.
لتوضيح هذا المفهوم، دعونا نفكر في مثال حيث يكون كيوبت التحكم في الحالة |0⟩ والكيوبت المستهدف في الحالة |+⟩ (حالة التراكب). سيؤدي تطبيق بوابة CNOT في هذا السيناريو إلى بقاء الكيوبت المستهدف دون تغيير، مما يوضح أن التشابك لم يحدث.
في حين أن بوابة CNOT هي أداة قوية لتشابك الكيوبتات، فإن قدرتها على تشابك الكيوبتات تعتمد على حالة كيوبت التحكم. عندما يكون البت الكمي للتحكم في حالة تراكب، يمكن لبوابة CNOT أن تؤدي إلى تشابك البتات الكمومية؛ وإلا فإنه يتصرف بشكل كلاسيكي ولا يخلق التشابك.
أسئلة وأجوبة أخرى حديثة بخصوص أساسيات المعلومات الكمية EITC/QI/QIF:
- كيف تعمل بوابة النفي الكمومي (بوابة NOT الكمومية أو بوابة Pauli-X)؟
- لماذا بوابة Hadamard قابلة للانعكاس ذاتيًا؟
- إذا قمت بقياس الكيوبت الأول لحالة بيل على أساس معين ثم قمت بقياس الكيوبت الثاني على أساس يدور بزاوية ثيتا معينة، فإن احتمال حصولك على إسقاط للمتجه المقابل يساوي مربع جيب ثيتا؟
- ما عدد البتات من المعلومات الكلاسيكية المطلوبة لوصف حالة تراكب الكيوبت الاعتباطي؟
- كم عدد الأبعاد التي تبلغ مساحتها 3 كيوبت؟
- هل سيؤدي قياس الكيوبت إلى تدمير تراكبه الكمومي؟
- هل يمكن للبوابات الكمومية أن تحتوي على مدخلات أكثر من المخرجات بشكل مشابه للبوابات الكلاسيكية؟
- هل تشمل العائلة العالمية للبوابات الكمومية بوابة CNOT وبوابة Hadamard؟
- ما هي تجربة الشق المزدوج؟
- هل تدوير مرشح الاستقطاب يعادل تغيير أساس قياس استقطاب الفوتون؟
عرض المزيد من الأسئلة والأجوبة في أساسيات المعلومات الكمية EITC/QI/QIF