量子電腦硬體

以布洛赫球表示 1 個量子位元的狀態時,赤道上的點代表下列何種狀態?

  1. A量測時以各 50% 的機率得到 0 與 1 的疊加態,在赤道上的位置(經度)代表 |0⟩ 與 |1⟩ 的相對相位
  2. B量測時一定得到 0 的 |0⟩ 狀態,赤道上的每一點都代表同一個狀態
  3. C已失去能量、不能再當作量子位元使用的狀態
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正確答案:A. 量測時以各 50% 的機率得到 0 與 1 的疊加態,在赤道上的位置(經度)代表 |0⟩ 與 |1⟩ 的相對相位

布洛赫球將 1 個量子位元的狀態 cos(θ/2)|0⟩ + e^{iφ} sin(θ/2)|1⟩,以球面上的點(相當於緯度的角度 θ 與相當於經度的角度 φ)表示。北極是 |0⟩、南極是 |1⟩,在赤道上(θ = 90°)|0⟩ 與 |1⟩ 的振幅大小相等,量測時 0 與 1 各以 50% 的機率出現。赤道上各點的相對相位 φ 不同,(|0⟩ + |1⟩)/√2 與 (|0⟩ − |1⟩)/√2 的量測機率相同,卻是不同的狀態。量子邏輯閘的操作,可以表示為這個球上的旋轉。

  • A. 正確。在赤道上 0 與 1 的機率相等,經度的不同代表相對相位的不同。
  • B. |0⟩ 是球的北極這一點。赤道上的點是 |0⟩ 與 |1⟩ 振幅大小相等的疊加態。
  • C. 球面上的點都是正常的量子位元狀態。失去能量時狀態會往北極的 |0⟩ 移動,失去相位資訊時則會移向球的內部。
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