Што такое чатыры базісныя стану Бэла і чаму яны важныя ў квантавай апрацоўцы інфармацыі і квантавай тэлепартацыі?

/ / Апублікавана ў Квантавая інфармацыя, Асновы квантавай інфармацыі EITC/QI/QIF, Уласцівасці квантавай інфармацыі, Квантавая тэлепартацыя, Экзаменацыйны агляд

Чатыры базісных стану Бэла, таксама вядомыя як станы Бэла або пары ЭПР, уяўляюць сабой набор з чатырох максімальна заблытаных квантавых станаў, якія гуляюць важную ролю ў квантавай апрацоўцы інфармацыі і квантавай тэлепартацыі. Гэтыя станы названы ў гонар фізіка Джона Бэла, які ўнёс значны ўклад у наша разуменне квантавай механікі і заблытанасці.

Чатыры базісныя стану Бэла можна выказаць наступным чынам:

1. Стан Bell |Φ⁺⟩: гэты стан уяўляе сабой суперпазіцыю двух кубітаў, дзе першы кубіт знаходзіцца ў стане |0⟩, а другі кубіт знаходзіцца ў стане |0⟩ або |1⟩. Матэматычна гэта можа быць прадстаўлена як |Φ⁺⟩ = (|00⟩ + |11⟩)/√2.

2. Стан Бэла |Φ⁻⟩: Падобна стану |Φ⁺⟩, стан |Φ⁻⟩ таксама з'яўляецца суперпазіцыяй двух кубітаў, але з розніцай фаз. Першы кубіт знаходзіцца ў стане |0⟩, а другі кубіт знаходзіцца ў стане |0⟩ або |1⟩. Матэматычна гэта можа быць прадстаўлена як |Φ⁻⟩ = (|00⟩ – |11⟩)/√2.

3. Стан Bell |Ψ⁺⟩: у гэтым стане першы кубіт знаходзіцца ў стане |1⟩, а другі кубіт знаходзіцца ў стане |0⟩ або |1⟩. Матэматычна гэта можа быць прадстаўлена як |Ψ⁺⟩ = (|01⟩ + |10⟩)/√2.

4. Стан Бэла |Ψ⁻⟩: Падобна стану |Ψ⁺⟩, стан |Ψ⁻⟩ мае рознасць фаз. Першы кубіт знаходзіцца ў стане |1⟩, а другі кубіт знаходзіцца ў стане |0⟩ або |1⟩. Матэматычна гэта можа быць прадстаўлена як |Ψ⁻⟩ = (|01⟩ – |10⟩)/√2.

Гэтыя чатыры базісныя стану Бэла важныя для квантавай апрацоўкі інфармацыі і квантавай тэлепартацыі дзякуючы сваім унікальным уласцівасцям.

Па-першае, штаты Бэла максімальна заблытаныя. Заблытанасць - гэта фундаментальная ўласцівасць квантавай механікі, дзе станы дзвюх або больш часціц становяцца карэляванымі такім чынам, што стан адной часціцы не можа быць апісаны незалежна ад іншых. Станы Бэла асаблівыя, таму што яны ўяўляюць максімальна магчымую ступень заблытанасці паміж двума кубітамі. Гэта ўласцівасць робіць іх каштоўнымі для розных задач квантавай інфармацыі, такіх як квантавая тэлепартацыя, квантавая крыптаграфія і квантавыя вылічэнні.

Па-другое, станы Бэла выкарыстоўваюцца ў квантавай тэлепартацыі. Квантавая тэлепартацыя - гэта пратакол, які дазваляе пераносіць невядомы квантавы стан з аднаго месца ў іншае без фізічнага перамяшчэння самой квантавай сістэмы. У гэтым пратаколе адпраўнік і атрымальнік падзяляюць пару заблытаных кубітаў у адным са станаў Bell. Выконваючы пэўныя вымярэнні адпаведных кубітаў і перадаючы вынікі вымярэнняў, адпраўнік можа перадаць квантавы стан атрымальніку. Затым прымач можа аднавіць зыходны квантавы стан, выкарыстоўваючы атрыманыя вынікі вымярэнняў і агульны заблытаны стан. Станы Бэла служаць ключавым рэсурсам у квантавай тэлепартацыі, забяспечваючы верную перадачу квантавай інфармацыі.

Каб праілюстраваць важнасць станаў Бэла ў квантавай тэлепартацыі, разгледзім прыклад, калі Аліса хоча тэлепартаваць Бобу невядомы стан кубіта. Калі Аліса і Боб маюць агульны |Φ⁺⟩ стан Бэла, Аліса можа правесці сумеснае вымярэнне невядомага кубіта і свайго ўласнага кубіта. Адпраўляючы вынікі вымярэнняў Бобу, ён можа прымяніць адпаведныя квантавыя вароты да свайго кубіта, каб аднавіць зыходны невядомы стан. Гэты працэс абапіраецца на перапляценне і карэляцыю паміж двума кубітамі, якія фіксуюцца станам Бэла.

Чатыры базісных стану Бэла, а менавіта |Φ⁺⟩, |Φ⁻⟩, |Ψ⁺⟩ і |Ψ⁻⟩, важныя ў квантавай апрацоўцы інфармацыі і квантавай тэлепартацыі з-за іх максімальна заблытанай прыроды. Гэтыя станы служаць каштоўным рэсурсам для розных квантавых інфармацыйных задач і дазваляюць дакладную перадачу квантавых станаў у пратаколах квантавай тэлепартацыі.

Іншыя апошнія пытанні і адказы адносна Асновы квантавай інфармацыі EITC/QI/QIF:

Глядзіце больш пытанняў і адказаў у EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals

Яшчэ пытанні і адказы:

тэгі: , , , , ,