Medir um qubit é fazer-lhe uma pergunta de sim/não. O qubit devolve um de dois resultados, mas só depois de você decidir qual pergunta fazer, escolhendo um eixo na esfera de Bloch.
A probabilidade de cada resultado é determinada pela direção que o vetor de estado aponta no momento em relação a esse eixo. Após a medição, o estado colapsa para se alinhar com o resultado que você obteve.
Escolha uma base, obtenha um resultado
No interativo acima, clique primeiro em Medir Z. Você obterá |0⟩ ou |1⟩, com probabilidades determinadas pelo alinhamento do vetor com o eixo z. O estado então salta para um dos dois polos.
Agora reinicie e clique em Medir X. O mesmo estado inicial pode dar uma resposta completamente diferente, porque você está fazendo uma pergunta diferente.
A regra de Born
A probabilidade de cada resultado segue uma regra limpa. Para qualquer eixo ao longo do qual você mede, a probabilidade de obter o resultado +eixo é:
onde α é o ângulo entre o vetor de estado e a direção +eixo.
Quando o estado aponta exatamente ao longo do +eixo, α = 0, então P(+) = 1, resultado garantido. Quando aponta para o −eixo, α = 180°, então P(+) = 0. No equador (perpendicular ao eixo), α = 90° e P(+) = ½, um lance de moeda justo.
Esta é a regra de Born, batizada em homenagem a Max Born que a introduziu em 1926. É onde a probabilidade entra na mecânica quântica.
Colapso, e por que importa
Após uma medição, o estado mudou: o vetor agora aponta para o polo que te deu o resultado. Meça de novo no mesmo eixo e você obterá a mesma resposta. O qubit "saltou" para esse polo.
É isso que as pessoas querem dizer com colapso da função de onda. É a única operação na mecânica quântica que não é reversível. Nenhuma porta quântica pode desfazer uma medição.
Para os algoritmos, isso importa porque a medição também é quando a informação sai do mundo quântico. Dentro do circuito, os qubits ficam em superposição e as portas os giram. No final, você mede para ler uma resposta. E uma vez que faz isso, a vantagem quântica foi embora.
Conceitos relacionados
- O que é uma porta quântica? As operações reversíveis que rodam antes da medição.
- Porta Hadamard: a porta que cria um estado com resultados de medição 50/50.
- Portas Pauli: podem ser medidas como observáveis, não apenas aplicadas como portas.
- A esfera de Bloch: a visualização que torna a medição intuitiva.
Perguntas frequentes
O que significa medir um qubit?
Medição é fazer ao qubit uma pergunta de sim/não. Você escolhe um eixo na esfera de Bloch (tipicamente o eixo z), e o qubit devolve um de dois resultados correspondentes aos dois polos desse eixo. A probabilidade de cada resultado é determinada por quão alinhado o vetor de estado do qubit está com o eixo.
Por que a medição colapsa o estado?
Uma vez que o qubit te dá um resultado, seu estado se alinha com o polo que produziu esse resultado. Se você medir de novo no mesmo eixo, sempre terá a mesma resposta. Isso se chama colapso, ou medição projetiva. É irreversível: não existe porta quântica que possa desfazer uma medição.
O que é a regra de Born?
A regra de Born é a fórmula que te dá a probabilidade de cada resultado de medição. Para um qubit, a probabilidade do resultado +eixo é cos²(α/2), onde α é o ângulo entre o vetor de estado e o eixo. Batizada em homenagem a Max Born, que a introduziu em 1926.
É possível medir um qubit sem colapsá-lo?
Geralmente não. A medição projetiva sempre colapsa o estado. Existem esquemas mais suaves chamados medições fracas que perturbam menos o estado, mas também extraem menos informação. Há uma troca fundamental entre o quanto você aprende e o quanto o estado muda.
O que significa medir em bases diferentes?
Cada eixo através da esfera de Bloch define uma base de medição. A base z padrão te dá |0⟩ ou |1⟩. A base x dá |+⟩ ou |−⟩. A base y dá |+i⟩ ou |−i⟩. Escolher uma base é escolher qual pergunta fazer ao qubit.
Por que a medição é irreversível se toda porta quântica é reversível?
A medição não é uma porta. Portas são operações unitárias que o algoritmo executa internamente. A medição é o momento em que a informação sai do sistema quântico e entra no mundo clássico (sua leitura, sua tela). Essa irreversibilidade é fundamental: é onde a probabilidade entra na mecânica quântica.
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