Quantum Computation and Quantum Information (Chapter 5.4)

2VBOUVN$PNQVUBUJPO BOE2VBOUVN*OGPSNBUJPO $IBQUFS(FOFSBMBQQMJDBUJPOTPG UIFRVBOUVN'PVSJFSUSBOTGPSN !ΏΔ;Θ.-ษڧձ

*OUSPEVDUJPO w 8FIBWFMFBSOFEQIBTFFTUJNBUJPOBOEPSEFSpOEJOH w 8IBUPUIFSQSPCMFNTDBOCFTPMWFEXJUI'PVSJFSUSBOTGPSN w IJEEFOTVCHSPVQQSPCMFN w HFOFSBMJ[BUJPOPGBMMLOPXObFYQPOFOUJBMMZGBTU`BQQMJDBUJPOT
w 8FXJMMTUBSUGSPNNPSFTQFDJpDBQQMJDBUJPOT w QFSJPEpOEJOH w EJTDSFUFMPHBSJUINT w 5IFOSFUVSOUPHFOFSBMIJEEFOTVCHSPVQQSPCMFN

1FSJPEpOEJOH -FU`TTFF:PVUVCFUPHFUUIFCJHQJDUVSFpSTU

1FSJPEpOEJOH w GJTBQFSJPEJDGVODUJPO w G Y S G Y GPSTPNFVOLOPXOS-
w 8IBUJTUIFMFBTUJOUFHFSS

1FSJPEpOEJOH

%JTDSFUFMPHBSJUINT w 1FSJPEpOEJOHJTTJNQMFJOUIBUUIFEPNBJOBOESBOHFPGQFSJPEJD GVODUJPOBSFTDBMBSJOUFHFSWBMVFT w G Y Y B?\TY Y^
w UIJTGVODUJPOIBTUIFUVQMFQFSJPE M MT GPSJOUFHFSM w UIJTGVODUJPOJTVTFGVMUPTPMWFEJTDSFUFMPHBSJUINQSPCMFN w EJTDSFUFMPHBSJUINQSPCMFN w Y NPE w w w

%JTDSFUFMPHBSJUINT

%JTDSFUFMPHBSJUINT 5IFLFZUPUIJTBMHPSJUINJTTUFQ 5IJTJTFRVJWBMFOUUPUIF'PVSJFSUSBOTGPSNPGcG Y Y 5SZ&YFSDJTFJGZPVIBWFBUJNF *OUIJTFRVBUJPO UIFWBMVFTPGMBOEMNVTUTBUJTGZ UPIBWFOPO[FSPNVMUJUVEF

TIJGUJOWBSJBODF 5IF'PVSJFSUSBOTGPSNIBTBOJOUFSFTUJOHQSPQFSUZLOPXOBTTIJGUJOWBSJBODF -FUVTEFTDSJCFUIF2'5BT 4VQQPTFXFBQQMZUPUIFJOJUJBMTUBUFBOPQFSBUPS6L 5IFOBQQMZUIF2'5 5IFBNQMJUVEFGPScHEPFTOPUDIBOHF

5IFIJEEFOTVCHSPVQ QSPCMFN 8FDBOPGUFOVTFBRVBOUVNBMHPSJUINUPEFUFSNJOFUIFQFSJPEF⒏DJFOUMZ /PUBMMQFSJPEJDGVODUJPODBOCFEFUFSNJOFE "pOJUFMZ HFOFSBUFEHSPVQ ( "pOJUFTFU 9 "GVODUJPOG
DPOTUBOUPOUIFDPTFUTPGBTVCHSPVQ, EJTUJODUPOFBDIDPTFU (JWFOBRVBOUVNCMBDLCPYUSBOTGPSN6cHcIcHcI㱾G H GPSH㱨( I㱨9 BOE㱾BOBQQSPQSJBUFMZDIPTFOCJOBSZPQFSBUJPOPO9 'JOEBHFOFSBUJOHTFUGPS,

(SPVQ "HSPVQ ( u JTBOPOFNQUZTFU(XJUIBCJOBSZPQFSBUJPOu XJUIUIF GPMMPXJOHQSPQFSUJFT DMPTVSF HuH㱨(GPSBMMH H㱨(
BTTPDJBUJWJUZ HuH uHHu HuH GPSBMMH H H㱨( JEFOUJUZ UIFSFFYJTUTF㱨(TVDIUIBUGPSBMMH㱨( HuFFuHH JOWFSTF GPSBMMH㱨( UIFSFFYJTUTH㱨(TVDIUIBUHuHHuHF 8FPGUFOMFBWFPVUuBOEXSJUFHuHBTTJNQMZHH 8FBMTPXSJUF ( u BT(

&YBNQMF(\ ^ HuH H H NPE (SPVQ HuH
(JTBHSPVQ

&YBNQMF(\ ^ HuH H H NPE (SPVQ HuH
(JTOPUBHSPVQ

(SPVQ w "HSPVQJTpOJUFJGUIFOVNCFSPGFMFNFOUTJO(JTpOJUF w 5IFPSEFSPGBpOJUFHSPVQ(JTUIFOVNCFSPGFMFNFOUTJUDPOUBJOT EFOPUFTBTc(c w "HSPVQJTTBJEUPCF"CFMJBOJGHHHHGPSBMMH H㱨(
w 5IFPSEFSPGFMFNFOUH㱨(JTUIFTNBMMFTUQPTJUJWFJOUFHFSSTVDIUIBU HSF w "TVCHSPVQ)PG(JTBTVCTFUPG(XIJDIGPSNTBHSPVQVOEFSUIF TBNFPQFSBUPSBT(

(SPVQ -BHSBOHF`T5IFPSFN *G)JTBTVCHSPVQPGBpOJUFHSPVQ(UIFOc)cEJWJEFTc(c
c)c c(c c(c

(FOFSBUPST w "TFUPGFMFNFOUTH ʜ HMJOBHSPVQ(JTTBJEUPHFOFSBUFUIFHSPVQJG FWFSZFMFNFOUPG(DBOCFXSJUUFOBTBQSPEVDUPG QPTTJCMFSFQFBUFE FMFNFOUTGSPNH ʜ
HM w 8FEFOPUFEHFOFSBUPS(BTH ʜHM &YBNQMF(\ ^ HuH HºH NPE \JNPEcJ㱨/^\ ^ \JNPEcJ㱨/^\ ^ \^JTBHFOFSBUPSPG( \^JTOPU

(FOFSBUPST &YBNQMF1BVMJHSPVQ(\* J* 9 J9 : J: ; J;^ (9
; J* 1BVMJPQFSBUPSTSFQSFTFOUTTQJOBMPOHUIFDPPSEJOBUFBYJTJO%TQBDF

(FOFSBUPST w 5IFHSFBUBEWBOUBHFPGVTJOHHFOFSBUPSTUPEFTDSJCFHSPVQJTUIBUUIFZ QSPWJEFBDPNQBDUNFBOTPGEFTDSJCJOHUIFHSPVQ w 'PSBHSPVQ( UIFSFJTBTFUPGMPH c(c HFOFSBUPSTHFOFSBUJOH( w
*GHFOFSBUPS4JTpOJUF UIFOBHSPVQ(4JTDBMMFEpOJUFMZHFOFSBUFE w &WFSZpOJUFHSPVQJTpOJUFMZHFOFSBUFETJODF(( w 5IFJOUFHFSTVOEFSBEEJUJPOTBSFBOFYBNQMFPGBOJOpOJUFHSPVQ XIJDIJTpOJUFMZHFOFSBUFE

$ZDMJDHSPVQT w "DZDMJDHSPVQ(QPTTFTBOFMFNFOUB㱨(TVDIUIBUBHFOFSBUFT( w "DZDMJDTVCHSPVQ)HFOFSBUFECZH㱨(JTUIFHSPVQGPSNFECZ\F H H H ʜ
HS^ XIFSFSJTUIFPSEFSPGH (B BК PQFSBUPSHuHSPUBUFHBGUFSH

$PTFUT w 'PS) BTVCHSPVQPG( UIFMFGUDPTFUPG)JO(JTEFUFSNJOFECZH㱨( JTUIFTFUH)㲇\HIcI㱨)^ w 5IFSJHIUDPTFUJGEFpOFETJNJMBSMZ w 0GUFOXIFUIFSBDPTFUJTBMFGUPSSJHIUJTJNQMJFECZDPOUFYU
w &MFNFOUTPGBQBSUJDVMBSDPTFUH)BSFLOPXOBTDPTFUSFQSFTFOUBUJWFT PGUIBUDPTFU &YBNQMF(JTUIFHSPVQ ;; UIFJOUFHFSNPEVOEFSBEEJUJPO )\ ^JTBTVCHSPVQPG(5IFSFBSFGPVSMFGUDPTFUTPG) \ ^) \ ^) \ ^) \ ^)

$PTFUT5IFIJEEFO TVCHSPVQQSPCMFN 0SEFSpOEJOH QFSJPEpOEJOH EJTDSFUFMPHBSJUINT BOENBOZPUIFS QSPCMFNTBSFJOTUBODFTPGUIFIJEEFOTVCHSPVQQSPCMFN

$PTFUT5IFIJEEFO TVCHSPVQQSPCMFN DSFBUFTVQFSQPTJUJPOPWFSHSPVQBOEBQQMZCMBDLCPYGPSG SFXSJUFcG H JOUIF'PVSJFSCBTJT 5IFLFZJTUPSFDPHOJ[FUIBUUIJTFYQSFTTJPODBOCFTJNQMJpFE CFDBVTFGJTDPOTUBOUBOEEJTUJODUPODPTFUTPGUIFTVCHSPVQ,

$PTFUT5IFIJEEFO TVCHSPVQQSPCMFN IBTOFBSMZ[FSPBNQMJUVEFGPSBMMWBMVFTPGMFYDFQUUIPTFXIJDITBUJTGZ *GXFDBOEFUFSNJOFM XFDBOFWFOUVBMMZEFUFSNJOFBHFOFSBUJOHTFUGPS UIFXIPMFIJEEFOTVCHSPVQ TPMWJOHQSPCMFN

0UIFSRVBOUVN BMHPSJUINT w 8FIBWFPOMZEFTDSJCFEUIFTPMVUJPOGPS"CFMJBOHSPVQT w 8IBUBCPVUOPO"CFMJBOHSPVQT w HSBQIJTPNPSQIJTNQSPCMFNDBOCFEFTDSJCFEBTUSBOTGPSNBUJPOT VOEFSBHSPVQ
BOE''5BMHPSJUINFYJTUT #VUF⒏DJFOU2"SFNBJOT VOLOPXO w 8FVTFDPTFUJOWBSJBODFQSPQFSUZPGUIF'51FSIBQTXFDBO JOWFTUJHBUFPUIFSUSBOTGPSNTXJUIEJ⒎FSFOUJOWBSJBODFTGPSOFX BMHPSJUINT w 5IFIJEEFOTVCHSPVQQSPCMFNHJWFTVTBOJNQPSUBOUDMVFBTUPXIBU LJOETPGQSPCMFNTRVBOUVNDPNQVUFSTNJHIUCFHPPEBU

Quantum Computation and Quantum Information (Ch...

Quantum Computation and Quantum Information (Chapter 5.4)

KenjiH

More Decks by KenjiH

Other Decks in Science

Featured

Transcript

2VBOUVN$PNQVUBUJPO BOE2VBOUVN*OGPSNBUJPO $IBQUFS(FOFSBMBQQMJDBUJPOTPG UIFRVBOUVN'PVSJFSUSBOTGPSN !ΏΔ;Θ.-ษڧձ

*OUSPEVDUJPO w 8FIBWFMFBSOFEQIBTFFTUJNBUJPOBOEPSEFSpOEJOH w 8IBUPUIFSQSPCMFNTDBOCFTPMWFEXJUI'PVSJFSUSBOTGPSN w IJEEFOTVCHSPVQQSPCMFN w HFOFSBMJ[BUJPOPGBMMLOPXObFYQPOFOUJBMMZGBTU`BQQMJDBUJPOT

1FSJPEpOEJOH -FU`TTFF:PVUVCFUPHFUUIFCJHQJDUVSFpSTU

1FSJPEpOEJOH w GJTBQFSJPEJDGVODUJPO w G Y S G Y GPSTPNFVOLOPXOS-

1FSJPEpOEJOH

1FSJPEpOEJOH

%JTDSFUFMPHBSJUINT w 1FSJPEpOEJOHJTTJNQMFJOUIBUUIFEPNBJOBOESBOHFPGQFSJPEJD GVODUJPOBSFTDBMBSJOUFHFSWBMVFT w G Y Y B?\TY Y^

%JTDSFUFMPHBSJUINT

%JTDSFUFMPHBSJUINT

%JTDSFUFMPHBSJUINT 5IFLFZUPUIJTBMHPSJUINJTTUFQ 5IJTJTFRVJWBMFOUUPUIF'PVSJFSUSBOTGPSNPGcG Y Y 5SZ&YFSDJTFJGZPVIBWFBUJNF *OUIJTFRVBUJPO UIFWBMVFTPGMBOEMNVTUTBUJTGZ UPIBWFOPO[FSPNVMUJUVEF

TIJGUJOWBSJBODF 5IF'PVSJFSUSBOTGPSNIBTBOJOUFSFTUJOHQSPQFSUZLOPXOBTTIJGUJOWBSJBODF -FUVTEFTDSJCFUIF2'5BT 4VQQPTFXFBQQMZUPUIFJOJUJBMTUBUFBOPQFSBUPS6L 5IFOBQQMZUIF2'5 5IFBNQMJUVEFGPScHEPFTOPUDIBOHF

5IFIJEEFOTVCHSPVQ QSPCMFN 8FDBOPGUFOVTFBRVBOUVNBMHPSJUINUPEFUFSNJOFUIFQFSJPEF⒏DJFOUMZ /PUBMMQFSJPEJDGVODUJPODBOCFEFUFSNJOFE "pOJUFMZ HFOFSBUFEHSPVQ ( "pOJUFTFU 9 "GVODUJPOG

(SPVQ "HSPVQ ( u JTBOPOFNQUZTFU(XJUIBCJOBSZPQFSBUJPOu XJUIUIF GPMMPXJOHQSPQFSUJFT DMPTVSF HuH㱨(GPSBMMH H㱨(

&YBNQMF(\ ^ HuH H H NPE (SPVQ HuH

&YBNQMF(\ ^ HuH H H NPE (SPVQ HuH

(SPVQ w "HSPVQJTpOJUFJGUIFOVNCFSPGFMFNFOUTJO(JTpOJUF w 5IFPSEFSPGBpOJUFHSPVQ(JTUIFOVNCFSPGFMFNFOUTJUDPOUBJOT EFOPUFTBTc(c w "HSPVQJTTBJEUPCF"CFMJBOJGHHHHGPSBMMH H㱨(

(SPVQ -BHSBOHF`T5IFPSFN *G)JTBTVCHSPVQPGBpOJUFHSPVQ(UIFOc)cEJWJEFTc(c

(FOFSBUPST w "TFUPGFMFNFOUTH ʜ HMJOBHSPVQ(JTTBJEUPHFOFSBUFUIFHSPVQJG FWFSZFMFNFOUPG(DBOCFXSJUUFOBTBQSPEVDUPG QPTTJCMFSFQFBUFE FMFNFOUTGSPNH ʜ

(FOFSBUPST &YBNQMF1BVMJHSPVQ(\* J* 9 J9 : J: ; J;^ (9

(FOFSBUPST w 5IFHSFBUBEWBOUBHFPGVTJOHHFOFSBUPSTUPEFTDSJCFHSPVQJTUIBUUIFZ QSPWJEFBDPNQBDUNFBOTPGEFTDSJCJOHUIFHSPVQ w 'PSBHSPVQ( UIFSFJTBTFUPGMPH c(c HFOFSBUPSTHFOFSBUJOH( w

$ZDMJDHSPVQT w "DZDMJDHSPVQ(QPTTFTBOFMFNFOUB㱨(TVDIUIBUBHFOFSBUFT( w "DZDMJDTVCHSPVQ)HFOFSBUFECZH㱨(JTUIFHSPVQGPSNFECZ\F H H H ʜ

$PTFUT w 'PS) BTVCHSPVQPG( UIFMFGUDPTFUPG)JO(JTEFUFSNJOFECZH㱨( JTUIFTFUH)㲇\HIcI㱨)^ w 5IFSJHIUDPTFUJGEFpOFETJNJMBSMZ w 0GUFOXIFUIFSBDPTFUJTBMFGUPSSJHIUJTJNQMJFECZDPOUFYU

$PTFUT5IFIJEEFO TVCHSPVQQSPCMFN 0SEFSpOEJOH QFSJPEpOEJOH EJTDSFUFMPHBSJUINT BOENBOZPUIFS QSPCMFNTBSFJOTUBODFTPGUIFIJEEFOTVCHSPVQQSPCMFN

$PTFUT5IFIJEEFO TVCHSPVQQSPCMFN DSFBUFTVQFSQPTJUJPOPWFSHSPVQBOEBQQMZCMBDLCPYGPSG SFXSJUFcG H JOUIF'PVSJFSCBTJT 5IFLFZJTUPSFDPHOJ[FUIBUUIJTFYQSFTTJPODBOCFTJNQMJpFE CFDBVTFGJTDPOTUBOUBOEEJTUJODUPODPTFUTPGUIFTVCHSPVQ,

$PTFUT5IFIJEEFO TVCHSPVQQSPCMFN IBTOFBSMZ[FSPBNQMJUVEFGPSBMMWBMVFTPGMFYDFQUUIPTFXIJDITBUJTGZ *GXFDBOEFUFSNJOFM XFDBOFWFOUVBMMZEFUFSNJOFBHFOFSBUJOHTFUGPS UIFXIPMFIJEEFOTVCHSPVQ TPMWJOHQSPCMFN

0UIFSRVBOUVN BMHPSJUINT w 8FIBWFPOMZEFTDSJCFEUIFTPMVUJPOGPS"CFMJBOHSPVQT w 8IBUBCPVUOPO"CFMJBOHSPVQT w HSBQIJTPNPSQIJTNQSPCMFNDBOCFEFTDSJCFEBTUSBOTGPSNBUJPOT VOEFSBHSPVQ