Hardware für Quantencomputer

Welche Aussage beschreibt die Wirkung eines X-Gatters auf ein einzelnes Qubit richtig?

  1. AEs vertauscht |0⟩ und |1⟩, macht also aus |0⟩ den Zustand |1⟩ und aus |1⟩ den Zustand |0⟩ (das Gegenstück zum klassischen NOT)
  2. BEs macht aus |0⟩ eine Superposition, in der die Amplituden von |0⟩ und |1⟩ denselben Betrag haben
  3. CEs kehrt nur das Vorzeichen der Amplitude von |1⟩ um, ohne die Messwahrscheinlichkeiten zu ändern
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Antwort: A. Es vertauscht |0⟩ und |1⟩, macht also aus |0⟩ den Zustand |1⟩ und aus |1⟩ den Zustand |0⟩ (das Gegenstück zum klassischen NOT)

Das X-Gatter macht aus |0⟩ den Zustand |1⟩ und aus |1⟩ den Zustand |0⟩, das Gegenstück zum NOT in klassischen Logikschaltungen. Auf eine Superposition α|0⟩ + β|1⟩ angewendet, vertauscht es die Amplituden zu β|0⟩ + α|1⟩. Auf der Bloch-Kugel ist es eine Drehung um 180° um die x-Achse, und bei supraleitenden Qubits und ähnlichen Plattformen wird es durch einen auf die Resonanzfrequenz des Qubits abgestimmten Mikrowellenpuls (π-Puls) realisiert. Das Gatter, das aus |0⟩ eine gleichgewichtete Superposition macht, ist das Hadamard-Gatter (H), und das Gatter, das das Vorzeichen von |1⟩ umkehrt, ist das Z-Gatter.

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