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Was ist Superposition (Quantensuperposition)?

Fähigkeit eines Quantensystems wie eines Qubits, sich in einem Zustand zu befinden, der durch Addition mehrerer Zustände wie |0⟩ und |1⟩ mit komplexen Amplituden entsteht. Eine Messung liefert zufällig eines der Ergebnisse, und Unterschiede in den Phasen der Amplituden wirken sich über Interferenz auf die Ergebnisse aus.

Japanische Bezeichnung: 量子重ね合わせ

„Superposition (Quantensuperposition)“ kommt in 10 Übungsfragen aus 1 Themen vor, z. B. Hardware für Quantencomputer.

Fachgebiet: Hardware für Quantencomputer

Jetzt üben: Fragen zu Superposition (Quantensuperposition)

Ein Qubit wird mit Mikrowellenpulsen gedreht, die auf seine Resonanzfrequenz abgestimmt sind, und die Rabi-Frequenz (die Frequenz eines vollen Hin- und Rücklaufs zwischen |0⟩ und |1⟩) beträgt 10 MHz. Wie lang ist der π/2-Puls, der |0⟩ in eine Superposition überführt, in der die Amplituden von |0⟩ und |1⟩ denselben Betrag haben?

  1. A25 ns
  2. B50 ns
  3. C100 ns
Antwort und Erläuterung anzeigen

Antwort: A. 25 ns

Bei kontinuierlicher Mikrowelleneinstrahlung oszilliert die Wahrscheinlichkeit, sich in |1⟩ zu befinden, wie sin²(Ωt/2) mit Ω = 2π × 10 MHz, und die Periode eines vollen Hin- und Rücklaufs beträgt 1 ÷ 10 MHz = 100 ns. Der Drehwinkel Ωt erreicht π/2 bei t = 25 ns; dann beträgt die Wahrscheinlichkeit für |1⟩ 50 %. Ein Drehwinkel von π (50 ns) ist ein X-Gatter (π-Puls), das |0⟩ und |1⟩ vertauscht, und 2π (100 ns) bringt das Qubit nach |0⟩ zurück. Der Drehwinkel wird durch Amplitude und Länge des Pulses bestimmt, daher schlagen Fehler in der Amplitude oder im Timing der Mikrowelle direkt als Gatterfehler durch.

„Superposition (Quantensuperposition)“ in den Erläuterungen

Fragen mit „Superposition (Quantensuperposition)“ (10)

  1. Ein Qubit wird mit Mikrowellenpulsen gedreht, die auf seine Resonanzfrequenz abgestimmt sind, und die Rabi-Frequenz (die Frequenz eines vollen Hin- und Rücklaufs zwischen |0⟩ und |1⟩) beträgt 10 MHz. Wie lang ist der π/2-Puls, der |0⟩ in eine Superposition überführt, in der die Amplituden von |0⟩ und |1⟩ denselben Betrag haben?
  2. Welche Aussage über ein Qubit ist richtig?
  3. Wie viele Wahrscheinlichkeitsamplituden (komplexe Zahlen) sind nötig, um einen allgemeinen Zustand eines Systems aus 10 Qubits zu beschreiben?
  4. Zwei Qubits befinden sich im verschränkten Zustand (|00⟩ + |11⟩)/√2. Welche Aussage ist richtig?
  5. Welche Aussage beschreibt die Wirkung eines X-Gatters auf ein einzelnes Qubit richtig?
  6. Auf ein Qubit im Zustand |0⟩ wird einmal ein Hadamard-Gatter (H) angewendet, und danach wird es gemessen. Mit welcher Wahrscheinlichkeit erhält man 1?
  7. Ausgehend vom Zwei-Qubit-Zustand |00⟩ (die linke Ziffer ist das erste Qubit) wird auf das erste Qubit ein H-Gatter angewendet, gefolgt von einem CNOT-Gatter mit dem ersten Qubit als Steuer- und dem zweiten als Zielqubit. Welcher Zustand ergibt sich?
  8. Warum kann die Quantenfehlerkorrektur nicht einfach den klassischen Ansatz übernehmen, drei Kopien der Daten anzulegen und per Mehrheitsentscheid zu korrigieren?
  9. Welche Aussage beschreibt die Energierelaxationszeit T1 eines Qubits richtig?
  10. Welche Aussage beschreibt den Zusammenhang zwischen der Dephasierungszeit T2 und der Energierelaxationszeit T1 eines Qubits richtig?

Verwandte Begriffe

Qubit (Quantenbit) Verschränkung (Quantenverschränkung) Quantenfehlerkorrektur (Quantum Error Correction) Zeitkonstante Dekohärenz (Decoherence) Ionenfalle (Ion Trap) Josephson-Kontakt (Josephson Junction) NISQ Post-Quanten-Kryptografie (PQC) Quantengatter (Quantum Gate)

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