في عالم الحساب الكمومي، يحمل مفهوم عائلة عالمية من البوابات الكمومية أهمية كبيرة. تشير عائلة البوابات العالمية إلى مجموعة من البوابات الكمومية التي يمكن استخدامها لتقريب أي تحويل وحدوي إلى أي درجة مطلوبة من الدقة.
تعد بوابة CNOT وبوابة Hadamard بوابتين أساسيتين غالبًا ما يتم تضمينهما في هذه العائلة العالمية نظرًا لخصائصهما وقدراتهما الفريدة.
بوابة CNOT، وهي اختصار لبوابة Controlled-NOT، هي بوابة ثنائية الكيوبت تنفذ عملية NOT (قلب البت) على الكيوبت المستهدف فقط إذا كان كيوبت التحكم في الحالة |1⟩. في شكل مصفوفة، يمكن تمثيل بوابة CNOT على النحو التالي:
[النص {CNOT} = البدء {bmatrix}
1 & 0 & 0 & 0 \
0 & 1 & 0 & 0 \
0 & 0 & 0 & 1 \
0 و 0 و 1 و 0
نهاية {bmatrix}
]
بوابة Hadamard عبارة عن بوابة أحادية الكيوبت تعمل على إنشاء التراكب وإجراء تغيير أساسي. إنه يحول الحالة |0⟩ إلى (|0⟩ + |1⟩)/√2 والحالة |1⟩ إلى (|0⟩ – |1⟩)/√2. التمثيل المصفوفي لبوابة هادامارد هو:
[H = فارك {1}{sqrt{2}} البداية {bmatrix}
1 و 1 \
1 و -1
نهاية {bmatrix}
]
لتشكيل عائلة عالمية من البوابات، من المهم أن يكون لدينا مجموعة من البوابات التي يمكنها توليد أي تحويل موحد على نظام كمي. بوابة CNOT ضرورية لتشابك البتات الكمومية، وهو متطلب أساسي للحوسبة الكمومية. من ناحية أخرى، تعد بوابة Hadamard مهمة لإنشاء تراكب وإجراء تغييرات أساسية، مما يتيح مجموعة أوسع من العمليات الكمومية.
عند دمجها مع بوابات أخرى مثل بوابة الطور أحادي الكيوبت، تشكل بوابة CNOT وبوابة Hadamard مجموعة قوية من 3 عمليات يمكنها تقريب أي تحويل وحدوي (أو أي بوابة كمومية أخرى أو مجموعة من هذه البوابات). هذه القدرة على تقريب أي تحول وحدوي هي ما يجعلها جزءًا من عائلة عالمية من البوابات.
تعد بوابة CNOT وبوابة Hadamard جزءًا لا يتجزأ من عائلة عالمية من البوابات الكمومية نظرًا لقدرتها على تشابك الكيوبتات، وإنشاء التراكب، وتمكين مجموعة واسعة من العمليات الكمية. من خلال الجمع بين هذه البوابات مع البوابات الكمومية الأخرى (بشكل كافٍ مع بوابة طور الكيوبت الواحدة)، من الممكن تقريب أي تحول وحدوي، مما يجعلها لبنات بناء أساسية في الحساب الكمي.
أسئلة وأجوبة أخرى حديثة بخصوص أساسيات المعلومات الكمية EITC/QI/QIF:
- هل اتساع الحالات الكمومية دائمًا أرقام حقيقية؟
- 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؟
- 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