Quantum Computation and Quantum Information (Chapter 1.1 - 1.3)

2VBOUVN$PNQVUBUJPO BOE2VBOUVN*OGPSNBUJPO $IBQUFS !ΏΔ;Θ.-ษڧձ

0WFSWJFX $IBQUFS $POUFOUT IJTUPSJDBMDPOUFYUGSPNUIFQFSTQFDUJWFPGGPVSEJ⒎FSFOUpFMET RVBOUVNCJUT RVBOUVNDPNQVUFST RVBOUVNHBUFTBOERVBOUVNDJSDVJUT

)JTUPSZPGRVBOUVNDPNQVUBUJPO BOERVBOUVNJOGPSNBUJPO RVBOUVNNFDIBOJDT TUIFDSFBUJPOPGUIFNPEFSOUIFPSZPGRVBOUVNNFDIBOJDT BNBUIFNBUJDBMGSBNFXPSLPSTFUPGSVMFTGPSUIFDPOTUSVDUJPOPGQIZTJDBM UIFPSJFT CBTJTGPSNPSFTQFDJpDpFMETRVBOUVNFMFDUSPEZOBNJDT
TNBOZUFDIOJRVFTGPSDPOUSPMMJOHTJOHMFRVBOUVNTZTUFNTIBWFCFFO EFWFMPQFE BUPNUSBQ DSFBUJOHBSSBZTPGBUPNTBUXJMM TOPDMPOJOHUIFPSFN

DPNQVUFSTDJFODF 5VSJOHNBDIJOF USBOTJTUPS +PIO#BSEFFOFUBM .PPSF`TMBX
DPNQVUFSQPXFSXJMMEPVCMFSPVHIMZFWFSZUXPZFBST 4PMPWBZr4USBTTFOUFTUGPSQSJNBMJUZ QPTFBDIBMMFOHFUPUIFTUSPOH$IVSDIr5VSJOHUIFTJT FTTFOUJBMEJ⒏DVMUJFTJOTJNVMBUJOHRVBOUVNNFDIBOJDBMTZTUFNTPO DMBTTJDBMDPNQVUFST 3JDIBSE'FZONBO %FVUTDIT6OJWFSTBM2VBOUVN$PNQVUFS PQFODPOKFDUVSF BUUFNQUFEUPEFpOFBDPNQVUBUJPOBMEFWJDFUIBUXPVMECFDBQBCMFPG F⒏DJFOUMZTJNVMBUJOHBOBSCJUSBSZQIZTJDBMTZTUFN 1FUFS4IPSTQSJNFGBDUPSJ[BUJPOBOEEJTDSFUFMPHBSJUIN QPXFSGVMJOEJDBUJPOUIBURVBOUVNDPNQVUFSTBSFNPSFQPXFSGVMUIBO5. -PW(SPWFSTTFBSDIBMHPSJUINT )JTUPSZPGRVBOUVNDPNQVUBUJPO BOERVBOUVNJOGPSNBUJPO

JOGPSNBUJPOUIFPSZ $MBVEF4IBOOPONBUIFNBUJDBMMZEFpOFUIFDPODFQUPGJOGPSNBUJPO OPJTFMFTTDIBOOFMDPEJOHUIFPSFN OPJTZDIBOOFMDPEJOHUIFPSFN FSSPSDPSSFDUJOHDPEFT TVQFSEFOTFDPEJOH
$IBSMFT#FOOFUUFUBM USBOTNJUUXPDMBTTJDBMCJUTPGJOGPSNBUJPO XIJMFPOMZUSBOTNJUUJOHPOF RVBOUVNCJUGSPNTFOEFSUPSFDFJWFS SFDFOUMZJUIBTCFFOTIPXOUIBURVBOUVNDPNQVUFSTDBOSFRVJSF FYQPOFOUJBMMZMFTTDPNNVOJDBUJPOUPTPMWFDFSUBJOQSPCMFNJOEJTUSJCVUFE DPNQVUBUJPO 2VBOUVNJOGPSNBUJPOUIFPSZ #FO4DIVNBDIFS QSPWJEFEBOBOBMPHVFUP4IBOOPO`TOPJTFMFTTDPEJOHUIFPSFN $44DPEFT 3PCFSU$BMEFSCBOLFUBM HSFBUMZGBDJMJUBUFEBSBQJEVOEFSTUBOEJOHPGRVBOUVNFSSPSDPSSFDUJOHDPEFT )JTUPSZPGRVBOUVNDPNQVUBUJPO BOERVBOUVNJOGPSNBUJPO

DSZQUPHSBQIZ 34"DSZQUPTZTUFN 3POBME3JWFTUFUBM 4IPS`TGBTUBMHPSJUINGPSGBDUPSJOHPOBRVBOUVNDPNQVUFSDPVMECFVTFEUP CSFBL34" BQSPUPDPMVTJOHRVBOUVNNFDIBOJDT
$IBSMFT#FOOFUUFUBM EJTUSJCVUFQSJWBUFLFZTXJUIPVUBOZQPTTJCJMJUZPGBDPNQSPNJTF )JTUPSZPGRVBOUVNDPNQVUBUJPO BOERVBOUVNJOGPSNBUJPO

2VBOUVNCJUT RVBOUVNCJU RVCJU BCTUSBDUNBUIFNBUJDBMPCKFDUTGPSOPX RVJUDBOCFJOBTUBUFCFUXFFOcBOEc PGUFODBMMFETVQFSQPTJUJPOT ЋBOEЌBSFDPNQMFYOVNCFST cBOEcGPSNBOPSUIPOPSNBMCBTJT DPNQVUBUJPOBMCBTJT GPSUIJTWFDUPSTQBDF
8IFOXFNFBTVSFBRVJUXFHFUFJUIFS XJUIQSPCBCJMJUZcЋc XJUIQSPCBCJMJUZcЌc 'PSFYBNQMF BRVJUDBOCFJOUIFTUBUF

2VBOUVNCJUT 5IFFMFDUSPODBOFYJTUJOFJUIFSUIFTPDBMMFEbHSPVOE`PSbFYDJUFE`TUBUFT #ZBEKVTUJOHUIFMJHIU BOFMFDUSPODBOCFJObIBMGXBZ`CXBOE

2VBOUVNCJUT 8FDBOSFXSJUF BT #ZJHOPSJOHOPPCTFSWBCMFF⒎FDUTGBDUPS

.VMUJQMFRVJUT "UXPRVJUTZTUFNIBTGPVSDPNQVUBUJPOBMCBTJTTUBUFTc c c c QPTUNFBTVSFNFOUTUBUFBGUFSNFBTVSJOHUIFpSTURVCJUHJWFTJT "OFYBNQMFPGUXPRVCJUTUBUFCFMPXJTDBMMFE#FMM BLB&13 TUBUF .PSFHFOFSBMMZ
BTZTUFNPGORVCJUTIBTODPNQVUBUJPOBMCBTJT XIJDIJTMBSHFS UIBOUIFOVNCFSPGBUPNTJOUIF6OJWFSTFJODBTFPGO

4JOHMFRVCJUHBUFT 5IFRVBOUVN/05HBUFBDUTMJOFBSMZ JOQVU PVUQVU 5IFNBUSJYSFQSFTFOUBUJPOPG/05HBUFJT "GUFSBQQMZJOHUIFHBUF UIFDPOEJUJPOcЋc cЌcTIPVMEIPME .BUSJY6JTBTJOHMFRVCJUHBUF6JTBVOJUBSZNBUSJY /PUFUIBU9̈9*

4JOHMFRVCJUHBUFT 5IFSFBSFNBOZOPOUSJWJBMTJOHMFRVCJUHBUFT5XPJNQPSUBOUJOTUBODFTBSF ;HBUF )BEBNBSEHBUF

4JOHMFRVCJUHBUFT 5IFSFBSFJOpOJUFMZNBOZTJOHMFRVCJUHBUFT #VUBMMPGUIFNDBOCFEFDPNQPTFEBT SPUBUFBCPVUZBYJT SPUBUFBCPVUYBYJT

.VMUJQMFRVCJUHBUFT DPOUSPMRVCJU UBSHFURVCJU *GUIFDPOUSPMRVCJUJTTFUUP UIFOUIFUBSHFURVCJUJTMFGUBMPOF *GUIFDPOUSPMRVCJUJTTFUUP UIFOUIFUBSHFURVCJUJTqJQQFE "OZNVMUJQMFRVCJUMPHJDHBUFNBZCFDPNQPTFEGSPN$/05BOETJOHMF RVCJUHBUFT 4FDUJPO

.FBTVSFNFOUTJOCBTFTPUIFS UIBOUIFDPNQVUBUJPOBMCBTJT RVBOUVNNFBTVSFNFOUTPGBTJOHMFRVCJUJOUIFTUBUFЋcBOEЌc ZJFMEUIFUIFSFTVMUcPScXJUISFTQFDUJWFQSPCBCJMJUJFTcЋcBOEcЌc 5IFSFBSFNPSFWFSTBUJMJUZJOUIFDMBTTPGNFBTVSFNFOUT XIFSFc c c 㲋BOEc
cc 㲋 .PSFHFOFSBMMZ XFDBOQFSGPSNBNFBTVSFNFOUXJUISFTQFDUUPBOZCBTJT cBBOEcCJGUIFTUBUFTBSFPSUIPOPSNBM 8FXJMMMFBSOIPXUPQFSGPSNBNFBTVSFNFOUFBTJMZJOMBUFSDIBQUFST Ћ` Ќ`

2VBOUVNDJSDVJUT "OFYBNQMFPGRVBOUVNDJSDVJUT BXJSFJOUIFDJSDVJUNBZDPSSFTQPOEUPUIF QBTTBHFPGUJNFPSBQIZTJDBMQBSUJDMF NPWJOHGSPNPOFMPDBUJPOUPBOPUIFS

2VBOUVNDJSDVJUT 4PNFSFRVJSFNFOUT 2VBOUVNDJSDVJUJTBDZDMJD OPGFFECBDLMPPQT 2VBOUVNDJSDVJUEPFTO`UIBWFKPJOFEXJSFT 2VBOUVNDJSDVJUEPFTO`UIBWFDPQJFECJUT 4PNFDPOWFOUJPOT JOQVUЋc Ќc
PVUQVUPS

2VCJUDPQZJOHDJSDVJU $/05HBUFMPPLTVTFGVMUPDPQZRVCJUTʜ )BWFXFTVDDFTTGVMMZDPQJFEcС

2VCJUDPQZJOHDJSDVJU 8FTFFUIBU BOE BSFEJ⒎FSFOUVOMFTTBC *OGBDU JUUVSOTPVUUPCFJNQPTTJCMFUPNBLFBDPQZPGBOVOLOPXORVBOUVN TUBUF 5IFOPDMPOJOHUIFPSFN
"RVCJUTPNFIPXDPOUBJOTbIJEEFO`JOGPSNBUJPOOPUBDDFTTJCMFUP NFBTVSFNFOU

&YBNQMF#FMMTUBUFT $/05 )BEBNBSE

&YBNQMFRVBOUVN UFMFQPSUBUJPO 2VBOUVNUFMFQPSUBUJPOJTBUFDIOJRVFGPSNPWJOHRVBOUVNTUBUFBSPVOEFWFO JOUIFBCTFODFPGBRVBOUVNDPNNVOJDBUJPOTDIBOOFMMJOLJOHUIFTFOEFSUP UIFSFDJQJFOU "MJDFBOE#PCHFOFSBUFE&13QBJS FBDIUBLJOHPOFRVCJUPGUIF&13QBJS #PCJTIJEJOH
$BO"MJDFTFOEBRVCJUcСUP#PC 4IFEPFTO`ULOPXUIFTUBUFcС СUBLFTWBMVFTJOBDPOUJOVPVTTQBDF %FTDSJCJOHJUQSFDJTFMZUBLFTBOJOpOJUFBNPVOUPGJOGPSNBUJPOʜ 4IFDBOPOMZTFOEDMBTTJDBMJOGPSNBUJPO

&YBNQMFRVBOUVN UFMFQPSUBUJPO

&YBNQMFRVBOUVN UFMFQPSUBUJPO #PC`TQPTUNFBTVSFNFOU

&YBNQMFRVBOUVN UFMFQPSUBUJPO

&YBNQMFRVBOUVN UFMFQPSUBUJPO +VTUTFOEJOHBGFXDMBTTJDBMJOGPSNBUJPO С XIJDIDPOUBJOTJOpOJUFBNPVOUPG JOGPSNBUJPOXBTTFOUGSPN"MJDFUP#PC

Quantum Computation and Quantum Information (Chapter 1.1 - 1.3)

Quantum Computation and Quantum Information (Chapter 1.1 - 1.3)

KenjiH

More Decks by KenjiH

Other Decks in Technology

Featured

Transcript

2VBOUVN$PNQVUBUJPO BOE2VBOUVN*OGPSNBUJPO $IBQUFS !ΏΔ;Θ.-ษڧձ

0WFSWJFX $IBQUFS $POUFOUT IJTUPSJDBMDPOUFYUGSPNUIFQFSTQFDUJWFPGGPVSEJ⒎FSFOUpFMET RVBOUVNCJUT RVBOUVNDPNQVUFST RVBOUVNHBUFTBOERVBOUVNDJSDVJUT

)JTUPSZPGRVBOUVNDPNQVUBUJPO BOERVBOUVNJOGPSNBUJPO RVBOUVNNFDIBOJDT TUIFDSFBUJPOPGUIFNPEFSOUIFPSZPGRVBOUVNNFDIBOJDT BNBUIFNBUJDBMGSBNFXPSLPSTFUPGSVMFTGPSUIFDPOTUSVDUJPOPGQIZTJDBM UIFPSJFT CBTJTGPSNPSFTQFDJpDpFMETRVBOUVNFMFDUSPEZOBNJDT

DPNQVUFSTDJFODF 5VSJOHNBDIJOF USBOTJTUPS +PIO#BSEFFOFUBM .PPSF`TMBX

JOGPSNBUJPOUIFPSZ $MBVEF4IBOOPONBUIFNBUJDBMMZEFpOFUIFDPODFQUPGJOGPSNBUJPO OPJTFMFTTDIBOOFMDPEJOHUIFPSFN OPJTZDIBOOFMDPEJOHUIFPSFN FSSPSDPSSFDUJOHDPEFT TVQFSEFOTFDPEJOH

DSZQUPHSBQIZ 34"DSZQUPTZTUFN 3POBME3JWFTUFUBM 4IPS`TGBTUBMHPSJUINGPSGBDUPSJOHPOBRVBOUVNDPNQVUFSDPVMECFVTFEUP CSFBL34" BQSPUPDPMVTJOHRVBOUVNNFDIBOJDT

2VBOUVNCJUT RVBOUVNCJU RVCJU BCTUSBDUNBUIFNBUJDBMPCKFDUTGPSOPX RVJUDBOCFJOBTUBUFCFUXFFOcBOEc PGUFODBMMFETVQFSQPTJUJPOT ЋBOEЌBSFDPNQMFYOVNCFST cBOEcGPSNBOPSUIPOPSNBMCBTJT DPNQVUBUJPOBMCBTJT GPSUIJTWFDUPSTQBDF

2VBOUVNCJUT 5IFFMFDUSPODBOFYJTUJOFJUIFSUIFTPDBMMFEbHSPVOE`PSbFYDJUFE`TUBUFT #ZBEKVTUJOHUIFMJHIU BOFMFDUSPODBOCFJObIBMGXBZ`CXBOE

2VBOUVNCJUT 8FDBOSFXSJUF BT #ZJHOPSJOHOPPCTFSWBCMFF⒎FDUTGBDUPS

.VMUJQMFRVJUT "UXPRVJUTZTUFNIBTGPVSDPNQVUBUJPOBMCBTJTTUBUFTc c c c QPTUNFBTVSFNFOUTUBUFBGUFSNFBTVSJOHUIFpSTURVCJUHJWFTJT "OFYBNQMFPGUXPRVCJUTUBUFCFMPXJTDBMMFE#FMM BLB&13 TUBUF .PSFHFOFSBMMZ

4JOHMFRVCJUHBUFT 5IFRVBOUVN/05HBUFBDUTMJOFBSMZ JOQVU PVUQVU 5IFNBUSJYSFQSFTFOUBUJPOPG/05HBUFJT "GUFSBQQMZJOHUIFHBUF UIFDPOEJUJPOcЋc cЌcTIPVMEIPME .BUSJY6JTBTJOHMFRVCJUHBUF6JTBVOJUBSZNBUSJY /PUFUIBU9̈9*

4JOHMFRVCJUHBUFT 5IFSFBSFNBOZOPOUSJWJBMTJOHMFRVCJUHBUFT5XPJNQPSUBOUJOTUBODFTBSF ;HBUF )BEBNBSEHBUF

4JOHMFRVCJUHBUFT 5IFSFBSFJOpOJUFMZNBOZTJOHMFRVCJUHBUFT #VUBMMPGUIFNDBOCFEFDPNQPTFEBT SPUBUFBCPVUZBYJT SPUBUFBCPVUYBYJT

.VMUJQMFRVCJUHBUFT DPOUSPMRVCJU UBSHFURVCJU GUIFDPOUSPMRVCJUJTTFUUP UIFOUIFUBSHFURVCJUJTMFGUBMPOF GUIFDPOUSPMRVCJUJTTFUUP UIFOUIFUBSHFURVCJUJTqJQQFE "OZNVMUJQMFRVCJUMPHJDHBUFNBZCFDPNQPTFEGSPN$/05BOETJOHMF RVCJUHBUFT 4FDUJPO

.FBTVSFNFOUTJOCBTFTPUIFS UIBOUIFDPNQVUBUJPOBMCBTJT RVBOUVNNFBTVSFNFOUTPGBTJOHMFRVCJUJOUIFTUBUFЋcBOEЌc ZJFMEUIFUIFSFTVMUcPScXJUISFTQFDUJWFQSPCBCJMJUJFTcЋcBOEcЌc 5IFSFBSFNPSFWFSTBUJMJUZJOUIFDMBTTPGNFBTVSFNFOUT XIFSFc c c 㲋BOEc

2VBOUVNDJSDVJUT "OFYBNQMFPGRVBOUVNDJSDVJUT BXJSFJOUIFDJSDVJUNBZDPSSFTQPOEUPUIF QBTTBHFPGUJNFPSBQIZTJDBMQBSUJDMF NPWJOHGSPNPOFMPDBUJPOUPBOPUIFS

2VBOUVNDJSDVJUT 4PNFSFRVJSFNFOUT 2VBOUVNDJSDVJUJTBDZDMJD OPGFFECBDLMPPQT 2VBOUVNDJSDVJUEPFTO`UIBWFKPJOFEXJSFT 2VBOUVNDJSDVJUEPFTO`UIBWFDPQJFECJUT 4PNFDPOWFOUJPOT JOQVUЋc Ќc

2VCJUDPQZJOHDJSDVJU $/05HBUFMPPLTVTFGVMUPDPQZRVCJUTʜ )BWFXFTVDDFTTGVMMZDPQJFEcС

2VCJUDPQZJOHDJSDVJU 8FTFFUIBU BOE BSFEJ⒎FSFOUVOMFTTBC *OGBDU JUUVSOTPVUUPCFJNQPTTJCMFUPNBLFBDPQZPGBOVOLOPXORVBOUVN TUBUF 5IFOPDMPOJOHUIFPSFN

&YBNQMF#FMMTUBUFT $/05 )BEBNBSE

&YBNQMFRVBOUVN UFMFQPSUBUJPO 2VBOUVNUFMFQPSUBUJPOJTBUFDIOJRVFGPSNPWJOHRVBOUVNTUBUFBSPVOEFWFO JOUIFBCTFODFPGBRVBOUVNDPNNVOJDBUJPOTDIBOOFMMJOLJOHUIFTFOEFSUP UIFSFDJQJFOU "MJDFBOE#PCHFOFSBUFE&13QBJS FBDIUBLJOHPOFRVCJUPGUIF&13QBJS #PCJTIJEJOH

&YBNQMFRVBOUVN UFMFQPSUBUJPO

&YBNQMFRVBOUVN UFMFQPSUBUJPO

&YBNQMFRVBOUVN UFMFQPSUBUJPO #PC`TQPTUNFBTVSFNFOU

&YBNQMFRVBOUVN UFMFQPSUBUJPO

&YBNQMFRVBOUVN UFMFQPSUBUJPO +VTUTFOEJOHBGFXDMBTTJDBMJOGPSNBUJPO С XIJDIDPOUBJOTJOpOJUFBNPVOUPG JOGPSNBUJPOXBTTFOUGSPN"MJDFUP#PC