Os três modos de visualização do Qubi

Há três formas principais de visualizar estados quânticos no Qubi. Cada uma conta uma parte diferente da história.

1. Modo realista

O primeiro modo é o realista, em que só os resultados das medidas são mostrados no Qubi. É o modo mais importante, porque imita como os qubits realmente funcionam: você só obtém informação de um qubit quando o mede.

State: |+⟩

2. Modo de revelação de um eixo

O modo de revelação de um eixo mostra as probabilidades e correlações do vetor de estado, supondo que as suas medidas futuras vão ser ao longo da direção da gravidade.

Se há duas possibilidades, o que a gente chama de “mundos”, elas aparecem com cores diferentes. Aqui vão alguns exemplos.

Qual eixo a gente escolhe? Temos duas opções:

Fixar o eixo para ser sempre a base computacional (o eixo |0⟩ / |1⟩).
Escolher para cada esfera o eixo que se alinha com a gravidade. Isso permite mover as esferas para analisar o vetor de estado ao longo de qualquer eixo que você quiser, só girando os Qubis.

Estados de um qubit

State: |0⟩

Um único qubit em |0⟩. Só há uma possibilidade: ele é medido para cima.

State: 1/√2 |0⟩ + 1/√2 |1⟩

Um único qubit em superposição equiprobável. Duas possibilidades, com cores diferentes.

Estados de dois qubits

State: 1/√2 |00⟩ + 1/√2 |11⟩

qubit A

qubit B

Um estado de Bell de dois qubits no modo de revelação de um eixo. Dois mundos correlacionados, cima-cima e baixo-baixo, compartilham a mesma cor entre as duas esferas.

Estados de três qubits

State: 1/√2 |000⟩ + 1/√2 |111⟩

qubit 1

qubit 2

qubit 3

Um estado GHZ em três qubits. Duas possibilidades, cima-cima-cima e baixo-baixo-baixo, deixadas bem claras por cores que coincidem nas três esferas.

State: 0.88 |000⟩ + 0.47 |111⟩

qubit 1

qubit 2

qubit 3

Um estado GHZ modificado em que cima-cima-cima é bem mais provável que baixo-baixo-baixo. O mundo vermelho brilha mais que o azul. O brilho corresponde à probabilidade.

Mundos sobrepostos

O que acontece quando dois mundos apontam na mesma direção em um qubit? Pegue o estado |00⟩ + |01⟩ + |10⟩ + |11⟩ (= |+⟩|+⟩, normalizado): o estado para cima no qubit A faz parte de dois mundos: |00⟩ e |01⟩. O estado para baixo também faz parte de dois: |10⟩ e |11⟩. Então, quando ancoramos as duas esferas na gravidade, cada polo de cada esfera tem dois mundos empilhados.

No modo de revelação de um eixo, esses lóbulos sobrepostos se misturam em uma ondulação que varia com o tempo. Você vê uma cor passar, depois a outra.

State: 1/2 |00⟩ + 1/2 |01⟩ + 1/2 |10⟩ + 1/2 |11⟩

qubit A · ancorado em z

qubit B · ancorado em z

|+⟩|+⟩ com os dois qubits ancorados em z. O mundo 00 (vermelho) e o mundo 01 (verde-amarelado) ambos colocam a esfera A em |0⟩, então se sobrepõem em +z. Mesma ideia para os outros pares. Veja as cores competindo em cada polo ao longo do tempo.

3. Modo de revelação de todos os eixos

O modo de revelação de todos os eixos mostra as probabilidades e correlações do vetor de estado para cada direção de medida possível. Cada direção na esfera recebe um tom único, e as superfícies das esferas combinam de tom sempre que os qubits estão correlacionados.

Repare que as mesmas cores ficam em cima dos dois qubits, e as mesmas cores ficam embaixo. Isso nos diz que, se medirmos ao longo do eixo Z, obteremos os mesmos resultados, exatamente o que o modo de revelação de um eixo nos mostra.

Mas também conseguimos ver o que aconteceria se medíssemos lado a lado, ou em qualquer outra direção. Cada direção tem o próprio par de cores correlacionadas.

Passe o cursor sobre as esferas para ver o ponto na outra esfera que compartilha a mesma cor.

State: 1/√2 |00⟩ + 1/√2 |11⟩

qubit A

qubit B

O mesmo estado de Bell no modo de revelação de todos os eixos. As correlações aparecem agora em cada direção, não só ao longo da gravidade.

qubit A

qubit B

Z aplicado ao qubit A de |+0⟩, em loop. Veja o arco-íris do qubit A girar 180° em torno do equador a cada ciclo. Já o modo de revelação de um eixo ficaria idêntico o tempo inteiro, porque as probabilidades de |00⟩ e |10⟩ nunca mudam. Essa é a fase relativa que a revelação de um eixo perde.

Para a matemática por trás desse visualizador (como cada direção de cada esfera ganha um tom único e por que pontos correlacionados compartilham cor), veja o nosso whitepaper.

Experimente você mesmo

Três formas de ver um qubit. Um dispositivo só.

O Qubi alterna entre os três modos com um toque no app. Realista para a ciência, revelação de um eixo para a intuição, revelação de todos os eixos quando você quer o quadro completo.

Pegue seus qubits modelo Ler: O que é um qubit?