量子ビットを測定することは、はい/いいえの質問をすることです。量子ビットは2つの結果のどちらかを返しますが、その前にあなたがどの質問をするかをブロッホ球上の軸を選ぶことで決定する必要があります。
各結果の確率は、状態ベクトルがその軸に対して現在どこを向いているかで決まります。測定後、状態は得た結果に沿うように崩壊します。
基底を選び、結果を得る
上のインタラクティブで、まずZで測定をクリックしてください。|0⟩または|1⟩のどちらかを得ます。確率はベクトルのz軸との整列度合いで決まります。次に状態は2つの極のどちらかにスナップします。
次にリセットしてXで測定をクリックしてください。同じ開始状態が、まったく異なる質問をしているために、まったく異なる答えを返すことがあります。
ボルン則
各結果の確率は明快な規則に従います。測定する任意の軸について、+軸の結果を得る確率は:
ここでαは状態ベクトルと+軸方向の間の角度。
状態が+軸に沿って正確に向いているとき、α = 0なのでP(+) = 1、保証された結果。−軸を向いているとき、α = 180°なのでP(+) = 0。赤道上(軸に垂直)では、α = 90°でP(+) = ½、公平なコイントスです。
これはボルン則で、1926年にこれを導入したマックス・ボルンにちなんで命名されました。量子力学に確率が入る場所です。
崩壊、そしてなぜ重要か
測定後、状態は変わっています:ベクトルは結果を与えた極を指しています。同じ軸でもう一度測定すれば、同じ答えが得られます。量子ビットはその極に「スナップ」しました。
これが人々が波動関数の崩壊と呼ぶものです。量子力学で可逆ではない唯一の操作です。どんな量子ゲートも測定を取り消せません。
アルゴリズムにとって、これが重要なのは測定が情報が量子世界を離れる時でもあるからです。回路の中で、量子ビットは重ね合わせにあり、ゲートが回転させます。最後に測定して答えを読み出します。そしてそれが起こると、量子優位性は消えます。
関連概念
よくある質問
量子ビットを測定するとはどういう意味ですか?
測定は量子ビットにはい/いいえの質問をすることです。ブロッホ球上の軸(通常はz軸)を選び、量子ビットはその軸の2つの極に対応する2つの結果のどちらかを返します。各結果の確率は、量子ビットの状態ベクトルがその軸とどれだけ整列しているかで決まります。
なぜ測定は状態を崩壊させるのですか?
量子ビットが結果を返すと、その状態はその結果を生んだ極に沿います。同じ軸で再度測定すると、いつも同じ答えが得られます。これを崩壊または射影測定と呼びます。不可逆です:測定を取り消せる量子ゲートはありません。
ボルン則とは何ですか?
ボルン則は各測定結果の確率を与える式です。量子ビットの場合、+軸の結果の確率はcos²(α/2)で、αは状態ベクトルと軸の間の角度です。1926年にこれを導入したマックス・ボルンにちなんで命名されました。
崩壊させずに量子ビットを測定できますか?
一般的には不可能です。射影測定は常に状態を崩壊させます。弱測定と呼ばれる、状態をあまり乱さない柔らかいスキームもありますが、抽出する情報も少なくなります。学べることと状態が変化することの間に根本的なトレードオフがあります。
異なる基底で測定するとはどういう意味ですか?
ブロッホ球を通る各軸が測定基底を定義します。標準のz基底は|0⟩または|1⟩を返します。x基底は|+⟩または|−⟩。y基底は|+i⟩または|−i⟩。基底を選ぶことは、量子ビットにどの質問をするかを選ぶことです。
すべての量子ゲートが可逆なら、なぜ測定は不可逆なのですか?
測定はゲートではありません。ゲートはアルゴリズムが内部で実行するユニタリ演算です。測定は情報が量子系を離れて古典世界(あなたの読み出し、画面)に入る瞬間です。その不可逆性は根本的です:量子力学に確率が入る場所です。
Qubiを入手
量子ビットを手で測定。
Qubiは測定を押すまで完全な重ね合わせを表示し、押すと崩壊します。実際の量子ビットと同じです。任意の軸で測定。確率が展開するのを見てください。