Quantum Computation and Quantum Information (Chapter 3.1)

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

*OUSPEVDUJPOUP DPNQVUFSTDJFODF 8IZEPXFTQFOEUJNFJOJOWFTUJHBUJOHDMBTTJDBMDPNQVUFSTDJFODF JOUIJTDIBQUFS DMBTTJDBMDPNQVUFSTDJFODFQSPWJEFTBWBTUCPEZPGDPODFQUT BOEUFDIOJRVFTXIJDINBZCFSFVTFEJORVBOUVNDPNQVUBUJPO XFDBODPNQBSFXIBUSFTPVSDFTBSFSFRVJSFEUPQFSGPSNBHJWFO DPNQVUBUJPOBMUBTLCXDMBTTJDBMBOERVBOUVNDPNQVUBUJPO XFMFBSOUPUIJOLMJLFBDPNQVUFSTDJFOUJTU

.PEFMTGPSDPNQVUBUJPO 8IBUEPFTJUNFBOUPIBWFBOBMHPSJUINGPSQFSGPSNJOHTPNF UBTL w &VDMJEFBO"MHPSJUIN #$ w FOUTDIFJEVOHTQSPCMFN
EFDJTJPOQSPCMFN w .PEFSOUIFPSZPGBMHPSJUINT T

5VSJOH.BDIJOFT JOUFSOBMTUBUFT R ʜ RN RTTUBSUJOHTUBUF RIIBMUJOHTUBUF UBQFTRVBSFT ϵpOJUFTFUPGEJTUJODUTZNCPMT FYϵ\
C Ὂ^

5VSJOH.BDIJOFT 5IFNBDIJOFTUBSUTJUTPQFSBUJPOXJUI w JOUFSOBMTUBUFRT w SFBEXSJUFIFBEBUUIFMFGUNPTUUBQFTRVBSF w UIFJOQVUJTUIFDVSSFOUDPOUFOUTPGUBQF
5IFDPNQVUBUJPOQSPDFFETJOBTUFQCZTUFQNBOOFSBDDPSEJOH UPUIFQSPHSBN w QSPHSBNJTBpOJUFPSEFSMJTUPGQSPHSBNMJOFTPGUIFGPSNR Y R` Y` T w RDVSSFOUJOUFSOBMTUBUF R`OFYUJOUFSOBMTUBUF w YDVSSFOUUBQFWBMVF Y`OFYUUBQFWBMVF w TNPWFUBQFIFBEUPMFGU SJHIU TUBOETUJMM *GUIFDVSSFOUTUBUFJTRI UIFOUIFDPNQVUBUJPOIBTIBMUFE w UIFPVUQVUJTUIFDVSSFOUDPOUFOUTPGUBQF

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ
JOUFSOBMTUBUFRT

C C JOUFSOBMTUBUFRT Ὂ C C JOUFSOBMTUBUFR

C C JOUFSOBMTUBUFR Ὂ C C C JOUFSOBMTUBUFR

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ C
C C JOUFSOBMTUBUFR Ὂ C C C C JOUFSOBMTUBUFR

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ C C
C C JOUFSOBMTUBUFR Ὂ C C C C C JOUFSOBMTUBUFR

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ C C C C C C C
C C C JOUFSOBMTUBUFR Ὂ C C C C C C C C C C JOUFSOBMTUBUFR

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ C C C C C C C
C C C JOUFSOBMTUBUFR Ὂ C C C C C C C C C JOUFSOBMTUBUFRI

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF 5IJTFYBNQMFQSPHSBNUVSOTPVUUPCFG Y w FOTVSFUIBUXIJMFUIFJOUFSOBMTUBUFJTR DPOUJOVFNPWJOHUBQFIFBESJHIU PWFSXSJUJOH
UIFUBQFDPOUFOUTXJUICMBOL w FOTVSFTUIBUUBQFIFBELFFQTNPWJOHMFGU XJUIPVUDIBOHJOHUIFUBQFDPOUFOUT w DPNQMFUFTUIFQSPHSBNXJUIPVUQVU

5VSJOH.BDIJOFT 8IBUDMBTTPGGVODUJPOTJTJUQPTTJCMFUPDPNQVUFVTJOH5. w 5.DBOCFVTFEUPDPNQVUFBOFOPSNPVTWBSJFUZPGGVODUJPOT w CBTJDBSJUINFUJDPQFSBUJPOT w UFYUTFBSDI w
TJNVMBUFBMMUIFPQFSBUJPOTQFSGPSNFEPOBNPEFSODPNQVUFS w $IVSDI5VSJOHUIFTJT w 5IFDMBTTPGGVODUJPOTDPNQVUBCMFCZ5.DPSSFTQPOETFYBDUMZUP UIFDMBTTPGGVODUJPOTXIJDIXFXPVMEOBUVSBMMZSFHBSEBTCFJOH DPNQVUBCMFCZBOBMHPSJUIN w 5.QSPWJEFTBHPPEGPVOEBUJPOGPSDPNQVUFSTDJFODF DBQUVSJOH UIFJOUVJUJWFOPUJPOPGBOBMHPSJUINJOBSJHPSPVTEFpOJUJPO

5VSJOH.BDIJOFT &YFSDJTF4IPXUIBUTJOHMFUBQF5.DBOFBDICFHJWFOBOVNCFS GSPNUIFMJTU ʜJOTVDIBXBZUIBUUIFOVNCFSVOJRVFMZTQFDJpFT UIFDPSSFTQPOEJOHNBDIJOF8FDBMMUIJTOVNCFSUIF5VSJOHOVNCFSPG UIFDPSSFTQPOEJOH5. 5. 5.
5. 5. 5. 5. 5. $BOCFCVJMECJKFDUJWFGVODUJPO G U O

5VSJOH.BDIJOFT "TTVNFcϵcM4PSUQSPHSBNMJTUPGRJ YJ R`J Y`J TJCZ RJ YJ 5IFO TPSUFEPSEFSFEMJTUPG
R`J Y`J TJ VOJRVFMZEFUFSNJOFUIFCFIBWJPSPG5. %FpOFG UN QR`QR`QMN Y`QMN Y`QMN TQMN T )FSFQLJTLUIQSJNFOVNCFSR`JJTJO\ ʜ N^ Y`JJTJO\ ʜ M^BOETJJTJO\ ^ J 4JODFQSJNFGBDUPSJ[BUJPOJTVOJRVF G UN G UN POMZJGUN UN JJ XFDBOGBDUPSJ[FBOZJOUFHFS 4JODFGJTJOKFDUJWF J BOETVSKFDUJWF JJ GJTCJKFDUJWF $BOCFCVJMECJKFDUJWFGVODUJPOG U O

5VSJOH.BDIJOFT 5IFSFFYJTUTB6OJWFSTBM5VSJOH.BDIJOFXIJDIDBOTJNVMBUFBOZPUIFS 5VSJOHNBDIJOF .BOZ5VSJOH.BDIJOF 5.5VSJOH/VNCFSPG. w 5IFSFBSFNBOZWBSJBOUTPOUIFCBTJD5.NPEFM w UXPXBZJOpOJUFUBQFT NVMUJEJNFOTJPOUBQFT
w SBOEPNMZDIBOHFJOUFSOBMTUBUF w 4PGBSJUJTOPUQPTTJCMFUPQIZTJDBMMZDIBOHF5.UPFYUFOEUIFDMBTT PGGVODUJPOTDPNQVUBCMFCZUIFNPEFM w CBTJD5.DBOTJNVMBUFUXPXBZUBQF5.PSWJDFWFSTB

5VSJOH.BDIJOFT 5PTPMWF)JMCFSU`TEFDJTJPOQSPCMFN 5VSJOHVTFEIBMUJOHQSPCMFN l%PFTUIFNBDIJOFXJUI5VSJOHOVNCFSYIBMUVQPOJOQVUPGUIFOVNCFSZ z 5PTFFUIJT 5VSJOHBTLFENPSFTQFDJBMJ[FEQSPCMFN l%PFTUIFNBDIJOFXJUI5VSJOHOVNCFSYIBMUVQPOJOQVUPGUIFTBNF OVNCFSY z
#BDLUPFOUTDIFJEVOHTQSPCMFNʜ

5VSJOH.BDIJOFT #BDLUPFOUTDIFJEVOHTQSPCMFNʜ -FU`TBTTVNFUIBUUIFSFJTBOBMHPSJUINUIBU DBOFWBMVBUF)"-5 Y 8FEFpOFBOPUIFSQSPHSBN563*/( Y XIPTF5VSJOHOVNCFSJTU
#ZEFpOJUJPOI U JGBOEPOMZJG563*/( IBMUTPOJOQVUU#VUCZJOTQFDUJPOPGUIF QSPHSBN 563*/(IBMUTJGBOEPOMZJGI U DPOUSBEJDUJPO

$JSDVJUT 8FJOWFTUJHBUFBOBMUFSOBUJWFNPEFMPGDPNQVUBUJPOT UIFDJSDVJUNPEFM w NPSFSFBMJTUJDNPEFMNBEFVQ PGXJSFTBOEHBUFT w DJSDVJUJOWPMWFNBOZJOQVUBOE PVUQVUCJUT w
MPHJDHBUFG\ ^L\ ^M w OPMPPQTJODJSDVJUT BDZDMJD XFBMTPIBWF '"/065HBUF $304407&3HBUF

$JSDVJUT 4JNQMFDJSDVJUFMFNFOUTDBOCFQVUUPHFUIFSUPQFSGPSNBOFOPSNPVT WBSJFUZPGDPNQVUBUJPOT

$JSDVJUT 8FDMBJNUIBUKVTUBGFXpYFEHBUFTDBOCFVTFEUPDPNQVUFBOZGVODUJPO G\ ^O\ ^N 'PSOPX XFQSPWFUIBUBOZCPPMFBOGVODUJPOG\ ^O\ ^DBOCF DPNQVUFECZJOEVDUJPO
'PSO UIFSFBSFGPVSQPTTJCMFGVODUJPOT G Y YJNQMFNFOUFEXJUIBTJOHMFXJSF G Y OPUYJNQMFNFOUFEXJUIBTJOHMF/05HBUF G Y JNQMFNFOUFEXJUIBO03HBUFXJUITUBUF G Y JNQMFNFOUFEXJUIBO"/%HBUFXJUITUBUF 4VQQPTFUIBUBOZGVODUJPOPOOCJUTDBOCFDPNQVUFECZBDJSDVJU BOEMFUG CFBGVODUJPOPO O CJUT%FpOFOCJUGVODUJPOTGBOEGCZ G Y YO G Y YO G Y YO G Y YO DJSDVJUNPEFMDBO DPNQVUFIBMUJOHQSPCMFNPG OCJUJOQVU

$JSDVJUT %FQFOEJOHPOUIFpSTUCJUPGJOQVU JUPVUTUIFBQQSPQSJBUFBOTXFS

$JSDVJUT 5VSJOHNBDIJOFNPEFMBOEDJSDVJUNPEFMBSFDPOOFDUFECZJOUSPEVDUJPOUIF OPUJPOPGVOJGPSNDJSDVJUGBNJMZ w "DJSDVJUGBNJMZDPOTJTUTPGBDPMMFDUJPOPGDJSDVJUT\$O^ w 5IFDJSDVJU$OIBTOJOQVUCJUTBOEpOJUFOVNCFSPGXPSLCJUTBOEPVUQVU CJUT w $JSDVJUTBSFDPOTJTUFOU
UIBUJT JGNOBOEYJTBUNPTUNCJUTJOMFOHUI $N Y $O Y w 5IFGVODUJPODPNQVUFECZDJSDVJUGBNJMZ\$O^JTUIFGVODUJPO$ ɾ TVDIUIBU JGYJTOCJUTJOMFOHUIUIFO$ Y $O Y w "GBNJMZPGDJSDVJUT\$O^JTTBJEUPCFBVOJGPSNDJSDVJUGBNJMZJGUIFSFJTTPNF BMHPSJUINSVOOJOHPOB5VSJOHNBDIJOFXIJDI VQPOJOQVUPGO HFOFSBUFTB EFTDSJQUJPO XIBUHBUF IPXDPOOFDUFE PG$O w 5IFDMBTTPGGVODUJPOTDPNQVUBCMFCZVOJGPSNDJSDVJUGBNJMJFTJTFYBDUMZ TBNFBTUIFDMBTTPGGVODUJPOTXIJDIDBOCFDPNQVUFEPOB5VSJOH .BDIJOF

Quantum Computation and Quantum Information (Ch...

Quantum Computation and Quantum Information (Chapter 3.1)

KenjiH

More Decks by KenjiH

Other Decks in Technology

Featured

Transcript

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

.PEFMTGPSDPNQVUBUJPO 8IBUEPFTJUNFBOUPIBWFBOBMHPSJUINGPSQFSGPSNJOHTPNF UBTL w &VDMJEFBO"MHPSJUIN #$ w FOUTDIFJEVOHTQSPCMFN

5VSJOH.BDIJOFT JOUFSOBMTUBUFT R ʜ RN RTTUBSUJOHTUBUF RIIBMUJOHTUBUF UBQFTRVBSFT ϵpOJUFTFUPGEJTUJODUTZNCPMT FYϵ\

5VSJOH.BDIJOFT 5IFNBDIJOFTUBSUTJUTPQFSBUJPOXJUI w JOUFSOBMTUBUFRT w SFBEXSJUFIFBEBUUIFMFGUNPTUUBQFTRVBSF w UIFJOQVUJTUIFDVSSFOUDPOUFOUTPGUBQF

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ C

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ C C

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ C C C C C C C

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ C C C C C C C

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ C C C C C C C

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF Ὂ C C C C C C C

5VSJOH.BDIJOFT &YBNQMF 5IJTFYBNQMFQSPHSBNUVSOTPVUUPCFG Y w FOTVSFUIBUXIJMFUIFJOUFSOBMTUBUFJTR DPOUJOVFNPWJOHUBQFIFBESJHIU PWFSXSJUJOH

5VSJOH.BDIJOFT 8IBUDMBTTPGGVODUJPOTJTJUQPTTJCMFUPDPNQVUFVTJOH5. w 5.DBOCFVTFEUPDPNQVUFBOFOPSNPVTWBSJFUZPGGVODUJPOT w CBTJDBSJUINFUJDPQFSBUJPOT w UFYUTFBSDI w

5VSJOH.BDIJOFT &YFSDJTF4IPXUIBUTJOHMFUBQF5.DBOFBDICFHJWFOBOVNCFS GSPNUIFMJTU ʜJOTVDIBXBZUIBUUIFOVNCFSVOJRVFMZTQFDJpFT UIFDPSSFTQPOEJOHNBDIJOF8FDBMMUIJTOVNCFSUIF5VSJOHOVNCFSPG UIFDPSSFTQPOEJOH5. 5. 5.

5VSJOH.BDIJOFT "TTVNFcϵcM4PSUQSPHSBNMJTUPGRJ YJ R`J Y`J TJCZ RJ YJ 5IFO TPSUFEPSEFSFEMJTUPG

5VSJOH.BDIJOFT 5IFSFFYJTUTB6OJWFSTBM5VSJOH.BDIJOFXIJDIDBOTJNVMBUFBOZPUIFS 5VSJOHNBDIJOF .BOZ5VSJOH.BDIJOF 5.5VSJOH/VNCFSPG. w 5IFSFBSFNBOZWBSJBOUTPOUIFCBTJD5.NPEFM w UXPXBZJOpOJUFUBQFT NVMUJEJNFOTJPOUBQFT

5VSJOH.BDIJOFT 5PTPMWF)JMCFSU`TEFDJTJPOQSPCMFN 5VSJOHVTFEIBMUJOHQSPCMFN l%PFTUIFNBDIJOFXJUI5VSJOHOVNCFSYIBMUVQPOJOQVUPGUIFOVNCFSZ z 5PTFFUIJT 5VSJOHBTLFENPSFTQFDJBMJ[FEQSPCMFN l%PFTUIFNBDIJOFXJUI5VSJOHOVNCFSYIBMUVQPOJOQVUPGUIFTBNF OVNCFSY z

5VSJOH.BDIJOFT #BDLUPFOUTDIFJEVOHTQSPCMFNʜ -FU`TBTTVNFUIBUUIFSFJTBOBMHPSJUINUIBU DBOFWBMVBUF)"-5 Y 8FEFpOFBOPUIFSQSPHSBN563*/( Y XIPTF5VSJOHOVNCFSJTU

$JSDVJUT 8FJOWFTUJHBUFBOBMUFSOBUJWFNPEFMPGDPNQVUBUJPOT UIFDJSDVJUNPEFM w NPSFSFBMJTUJDNPEFMNBEFVQ PGXJSFTBOEHBUFT w DJSDVJUJOWPMWFNBOZJOQVUBOE PVUQVUCJUT w

$JSDVJUT 4JNQMFDJSDVJUFMFNFOUTDBOCFQVUUPHFUIFSUPQFSGPSNBOFOPSNPVT WBSJFUZPGDPNQVUBUJPOT

$JSDVJUT 8FDMBJNUIBUKVTUBGFXpYFEHBUFTDBOCFVTFEUPDPNQVUFBOZGVODUJPO G\ ^O\ ^N 'PSOPX XFQSPWFUIBUBOZCPPMFBOGVODUJPOG\ ^O\ ^DBOCF DPNQVUFECZJOEVDUJPO

$JSDVJUT %FQFOEJOHPOUIFpSTUCJUPGJOQVU JUPVUTUIFBQQSPQSJBUFBOTXFS

$JSDVJUT 5VSJOHNBDIJOFNPEFMBOEDJSDVJUNPEFMBSFDPOOFDUFECZJOUSPEVDUJPOUIF OPUJPOPGVOJGPSNDJSDVJUGBNJMZ w "DJSDVJUGBNJMZDPOTJTUTPGBDPMMFDUJPOPGDJSDVJUT\$O^ w 5IFDJSDVJU$OIBTOJOQVUCJUTBOEpOJUFOVNCFSPGXPSLCJUTBOEPVUQVU CJUT w $JSDVJUTBSFDPOTJTUFOU