量子もつれとは

りょうしもつれ

複数の量子ビットの状態が、個々の量子ビットの状態の組み合わせとしては書けない形で結びついていること。(|00⟩ + |11⟩)/√2 では、2つの測定結果が必ず一致する。量子コンピュータの計算能力の源の1つだが、光より速く情報を送ることには使えない。

「量子もつれ」は、1分野の2問の練習問題に出てきます(量子コンピュータのハードウェアなど)。

この用語の分野: 量子コンピュータのハードウェア

量子もつれの練習問題に挑戦

2つの量子ビットが (|00⟩ + |11⟩)/√2 の量子もつれ状態にあるときの説明として、正しいものはどれか。

  1. A1つ目の量子ビットを測定しても、2つ目の量子ビットは0と1が50%ずつの状態のまま変わらない
  2. B1つ目を測定して0が得られれば2つ目も必ず0、1が得られれば2つ目も必ず1になる
  3. C1つ目の測定結果を選ぶことで、離れた場所にある2つ目の量子ビットへ光より速く情報を送れる
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正解:B. 1つ目を測定して0が得られれば2つ目も必ず0、1が得られれば2つ目も必ず1になる

この状態は|00⟩と|11⟩の重ね合わせで、|01⟩や|10⟩の成分を含まないので、2つの測定結果は必ず一致します。それぞれの量子ビットだけを見ると0と1が50%ずつ出ますが、結果どうしには、互いに独立な2つのビットでは説明できない相関があり、これが量子もつれです。ただし、どちらの結果が出るかは測定する人が選べないランダムなものなので、もつれを使って光より速く情報を送ることはできません。量子コンピュータでは、もつれを作る2量子ビットゲートの品質が性能を大きく左右します。

解説の中の「量子もつれ」

「量子もつれ」が出てくる問題(2問)

  1. 2つの量子ビットが (|00⟩ + |11⟩)/√2 の量子もつれ状態にあるときの説明として、正しいものはどれか。
  2. 2量子ビットの|00⟩(左が1つ目の量子ビット)に対して、1つ目に H ゲートを作用させ、続いて1つ目を制御ビット、2つ目を標的ビットとする CNOT ゲートを作用させた。得られる状態はどれか。

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