قياس الكيوبت هو طرح سؤال بنعم/لا عليه. يعطي الكيوبت إحدى نتيجتين، لكن فقط بعد أن تقرر أي سؤال تطرحه، باختيار محور على كرة بلوخ.
احتمال كل نتيجة يحدده المكان الذي يشير إليه متجه الحالة حالياً نسبة إلى ذلك المحور. بعد القياس، تنهار الحالة لتتوافق مع النتيجة التي حصلت عليها.
اختر أساساً، احصل على نتيجة
في التفاعل أعلاه، اضغط قِس Z أولاً. ستحصل على إما |0⟩ أو |1⟩، باحتمالات يحددها محاذاة المتجه مع المحور z. ثم تقفز الحالة إلى أحد القطبين.
الآن أعد التعيين واضغط قِس X. يمكن لنفس حالة البداية إعطاء إجابة مختلفة تماماً، لأنك تطرح سؤالاً مختلفاً.
قاعدة بورن
احتمال كل نتيجة يتبع قاعدة نظيفة. لأي محور تقيس عليه، احتمال الحصول على نتيجة +المحور هو:
حيث α هي الزاوية بين متجه الحالة واتجاه +المحور.
عندما تشير الحالة بالضبط على طول +المحور، α = 0، إذن P(+) = 1، نتيجة مضمونة. عندما تشير إلى −المحور، α = 180 درجة، إذن P(+) = 0. على خط الاستواء (عمودياً على المحور)، α = 90 درجة وP(+) = ½، قلب عملة عادل.
هذه هي قاعدة بورن، سُميت على اسم Max Born الذي قدمها في عام 1926. إنها حيث يدخل الاحتمال إلى ميكانيكا الكم.
الانهيار، ولماذا يهم
بعد القياس، تغيرت الحالة: المتجه يشير الآن إلى أي قطب أعطاك النتيجة. قِس مرة أخرى على نفس المحور وستحصل على نفس الإجابة. الكيوبت «قفز» إلى ذلك القطب.
هذا ما يعنيه الناس بـ انهيار دالة الموجة. إنها العملية الوحيدة في ميكانيكا الكم غير القابلة للعكس. لا يمكن لأي بوابة كمومية التراجع عن قياس.
للخوارزميات، هذا يهم لأن القياس هو أيضاً عندما تغادر المعلومات العالم الكمومي. داخل الدائرة، تجلس الكيوبتات في تراكب وتدوّرها البوابات. في النهاية، تقيس لقراءة إجابة. وبمجرد فعلك ذلك، تختفي الميزة الكمومية.
مفاهيم ذات صلة
- ما هي البوابة الكمومية؟ العمليات القابلة للعكس التي تعمل قبل القياس.
- بوابة هادامارد: البوابة التي تنشئ حالة بنتائج قياس 50/50.
- بوابات باولي: يمكن قياسها كملاحظات، لا تطبيقها كبوابات فقط.
- كرة بلوخ: التصور الذي يجعل القياس بديهياً.
الأسئلة المتكررة
ماذا يعني قياس كيوبت؟
القياس هو طرح سؤال بنعم/لا على الكيوبت. تختار محوراً على كرة بلوخ (عادة المحور z)، ويعطي الكيوبت إحدى نتيجتين تقابل قطبي ذلك المحور. احتمال كل نتيجة يحدده مدى محاذاة متجه حالة الكيوبت مع المحور.
لماذا يُسقط القياس الحالة؟
بمجرد أن يعطيك الكيوبت نتيجة، تتوافق حالته مع القطب الذي أنتج تلك النتيجة. إذا قِست مرة أخرى على نفس المحور، ستحصل دائماً على نفس الإجابة. يُسمى هذا الانهيار، أو القياس الإسقاطي. غير قابل للعكس: لا توجد بوابة كمومية يمكنها التراجع عن قياس.
ما هي قاعدة بورن؟
قاعدة بورن هي الصيغة التي تعطيك احتمال كل نتيجة قياس. لكيوبت، احتمال نتيجة +المحور هو cos²(α/2)، حيث α هي الزاوية بين متجه الحالة والمحور. سُميت على اسم Max Born، الذي قدمها في 1926.
هل يمكن قياس كيوبت دون إسقاطه؟
عموماً لا. القياس الإسقاطي يُسقط الحالة دائماً. توجد مخططات أنعم تُسمى القياسات الضعيفة تخل بالحالة أقل، لكنها تستخرج أيضاً معلومات أقل. هناك مقايضة أساسية بين كم تتعلم وكم تتغير الحالة.
ماذا يعني القياس في أُسس مختلفة؟
كل محور عبر كرة بلوخ يحدد أساس قياس. الأساس z القياسي يعطيك |0⟩ أو |1⟩. الأساس x يعطي |+⟩ أو |−⟩. الأساس y يعطي |+i⟩ أو |−i⟩. اختيار الأساس هو اختيار السؤال الذي تطرحه على الكيوبت.
لماذا القياس غير قابل للعكس إذا كانت كل بوابة كمومية قابلة للعكس؟
القياس ليس بوابة. البوابات عمليات وحدوية تشغّلها الخوارزمية داخلياً. القياس هو اللحظة التي تغادر فيها المعلومات النظام الكمومي وتدخل العالم التقليدي (قراءتك، شاشتك). عدم القابلية للعكس تلك أساسية: هي حيث يدخل الاحتمال إلى ميكانيكا الكم.
احصل على Qubi
قِس كيوبتاً بيديك.
يُظهر Qubi التراكب الكامل حتى تضغط قِس، ثم ينهار، تماماً كالكيوبت الحقيقي. قِس على أي محور. شاهد الاحتمال يلعب.