Medir un qubit es hacerle una pregunta de sí/no. El qubit devuelve uno de dos resultados, pero solo después de que decidas qué pregunta hacer, eligiendo un eje en la esfera de Bloch.
La probabilidad de cada resultado se establece por hacia dónde apunta actualmente el vector de estado en relación con ese eje. Después de la medición, el estado colapsa para alinearse con el resultado que obtuviste.
Elige una base, obtén un resultado
En el interactivo de arriba, haz clic primero en Medir Z. Obtendrás |0⟩ o |1⟩, con probabilidades determinadas por la alineación del vector con el eje z. El estado luego se ajusta a uno de los dos polos.
Ahora reinicia y haz clic en Medir X. El mismo estado inicial puede dar una respuesta completamente diferente, porque estás haciendo una pregunta distinta.
La regla de Born
La probabilidad de cada resultado sigue una regla limpia. Para cualquier eje a lo largo del cual midas, la probabilidad de obtener el resultado +eje es:
donde α es el ángulo entre el vector de estado y la dirección +eje.
Cuando el estado apunta exactamente a lo largo del +eje, α = 0, así que P(+) = 1, resultado garantizado. Cuando apunta al −eje, α = 180°, así que P(+) = 0. En el ecuador (perpendicular al eje), α = 90° y P(+) = ½, una moneda al aire justa.
Esta es la regla de Born, llamada así por Max Born quien la introdujo en 1926. Es donde la probabilidad entra en la mecánica cuántica.
El colapso, y por qué importa
Después de una medición, el estado ha cambiado: el vector ahora apunta a cualquier polo que te dio el resultado. Mide de nuevo en el mismo eje y obtendrás la misma respuesta. El qubit ha "saltado" a ese polo.
Esto es lo que la gente quiere decir con colapso de la función de onda. Es la única operación en mecánica cuántica que no es reversible. Ninguna puerta cuántica puede deshacer una medición.
Para los algoritmos, esto importa porque la medición también es cuando la información sale del mundo cuántico. Dentro del circuito, los qubits están en superposición y las puertas los rotan. Al final, mides para leer una respuesta. Y una vez que lo haces, la ventaja cuántica se ha ido.
Conceptos relacionados
- ¿Qué es una puerta cuántica? Las operaciones reversibles que se ejecutan antes de la medición.
- Puerta Hadamard: la puerta que crea un estado con resultados de medición 50/50.
- Puertas Pauli: pueden medirse como observables, no solo aplicarse como puertas.
- La esfera de Bloch: la visualización que hace intuitiva la medición.
Preguntas frecuentes
¿Qué significa medir un qubit?
La medición es hacerle al qubit una pregunta de sí/no. Eliges un eje en la esfera de Bloch (típicamente el eje z), y el qubit devuelve uno de dos resultados correspondientes a los dos polos de ese eje. La probabilidad de cada resultado se establece por cuán alineado está el vector de estado del qubit con el eje.
¿Por qué la medición colapsa el estado?
Una vez que el qubit te da un resultado, su estado se alinea con el polo que produjo ese resultado. Si mides de nuevo en el mismo eje, siempre obtendrás la misma respuesta. Esto se llama colapso, o medición proyectiva. Es irreversible: ninguna puerta cuántica puede deshacer una medición.
¿Qué es la regla de Born?
La regla de Born es la fórmula que te da la probabilidad de cada resultado de medición. Para un qubit, la probabilidad del resultado +eje es cos²(α/2), donde α es el ángulo entre el vector de estado y el eje. Llamada así por Max Born, quien la introdujo en 1926.
¿Se puede medir un qubit sin colapsarlo?
Generalmente no. La medición proyectiva siempre colapsa el estado. Hay esquemas más suaves llamados mediciones débiles que perturban menos el estado, pero también extraen menos información. Hay un compromiso fundamental entre cuánto aprendes y cuánto cambia el estado.
¿Qué significa medir en bases diferentes?
Cada eje a través de la esfera de Bloch define una base de medición. La base z estándar te da |0⟩ o |1⟩. La base x da |+⟩ o |−⟩. La base y da |+i⟩ o |−i⟩. Elegir una base es elegir qué pregunta hacerle al qubit.
¿Por qué la medición es irreversible si toda puerta cuántica es reversible?
La medición no es una puerta. Las puertas son operaciones unitarias que el algoritmo ejecuta internamente. La medición es el momento en que la información sale del sistema cuántico y entra en el mundo clásico (tu lectura, tu pantalla). Esa irreversibilidad es fundamental: es donde la probabilidad entra en la mecánica cuántica.
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