Apakah empat keadaan asas Bell dan mengapa ia penting dalam pemprosesan maklumat kuantum dan teleportasi kuantum?
Empat keadaan asas Bell, juga dikenali sebagai keadaan Bell atau pasangan EPR, ialah satu set empat keadaan kuantum terikat secara maksimum yang memainkan peranan penting dalam pemprosesan maklumat kuantum dan teleportasi kuantum. Negeri-negeri ini dinamakan sempena ahli fizik John Bell, yang memberikan sumbangan penting kepada pemahaman kita tentang mekanik kuantum dan keterjeratan.
Empat keadaan asas Bell boleh dinyatakan seperti berikut:
1. Keadaan loceng |Φ⁺⟩: Keadaan ini ialah superposisi dua qubit, di mana qubit pertama berada dalam keadaan |0⟩ dan qubit kedua berada dalam keadaan |0⟩ atau |1⟩. Secara matematik, ia boleh diwakili sebagai |Φ⁺⟩ = (|00⟩ + |11⟩)/√2.
2. Keadaan loceng |Φ⁻⟩: Sama seperti keadaan |Φ⁺⟩, keadaan |Φ⁻⟩ juga merupakan superposisi dua qubit, tetapi dengan perbezaan fasa. Qubit pertama berada dalam keadaan |0⟩, dan qubit kedua dalam keadaan |0⟩ atau |1⟩. Secara matematik, ia boleh diwakili sebagai |Φ⁻⟩ = (|00⟩ – |11⟩)/√2.
3. Keadaan loceng |Ψ⁺⟩: Dalam keadaan ini, qubit pertama berada dalam keadaan |1⟩, dan qubit kedua berada dalam keadaan |0⟩ atau |1⟩. Secara matematik, ia boleh diwakili sebagai |Ψ⁺⟩ = (|01⟩ + |10⟩)/√2.
4. Keadaan loceng |Ψ⁻⟩: Sama seperti keadaan |Ψ⁺⟩, keadaan |Ψ⁻⟩ mempunyai perbezaan fasa. Qubit pertama berada dalam keadaan |1⟩, dan qubit kedua berada dalam keadaan |0⟩ atau |1⟩. Secara matematik, ia boleh diwakili sebagai |Ψ⁻⟩ = (|01⟩ – |10⟩)/√2.
Empat keadaan asas Bell ini penting dalam pemprosesan maklumat kuantum dan teleportasi kuantum kerana sifat uniknya.
Pertama, keadaan Bell terjerat secara maksimum. Keterikatan ialah sifat asas mekanik kuantum, di mana keadaan dua atau lebih zarah menjadi berkorelasi sedemikian rupa sehingga keadaan satu zarah tidak dapat diterangkan secara bebas daripada yang lain. Keadaan Bell adalah istimewa kerana ia mewakili tahap keterjeratan maksimum yang mungkin antara dua qubit. Sifat ini menjadikan mereka berharga untuk pelbagai tugas maklumat kuantum, seperti teleportasi kuantum, kriptografi kuantum dan pengkomputeran kuantum.
Kedua, keadaan Bell digunakan dalam teleportasi kuantum. Teleportasi kuantum ialah protokol yang membenarkan pemindahan keadaan kuantum yang tidak diketahui dari satu lokasi ke lokasi lain, tanpa memindahkan sistem kuantum itu sendiri secara fizikal. Dalam protokol ini, pengirim dan penerima berkongsi sepasang qubit terjerat dalam salah satu keadaan Bell. Dengan melakukan pengukuran tertentu pada qubit masing-masing dan menyampaikan hasil pengukuran, penghantar boleh menghantar keadaan kuantum kepada penerima. Penerima kemudiannya boleh membina semula keadaan kuantum asal menggunakan hasil pengukuran yang diterima dan keadaan terjerat yang dikongsi. Keadaan Bell berfungsi sebagai sumber utama dalam teleportasi kuantum, membolehkan pemindahan maklumat kuantum yang setia.
Untuk menggambarkan kepentingan keadaan Bell dalam teleportasi kuantum, pertimbangkan contoh di mana Alice ingin teleport keadaan qubit yang tidak diketahui kepada Bob. Jika Alice dan Bob berkongsi keadaan |Φ⁺⟩ Bell, Alice boleh melakukan pengukuran bersama pada qubit yang tidak diketahui dan qubitnya sendiri. Dengan menghantar hasil pengukuran kepada Bob, dia boleh menggunakan get kuantum yang sesuai pada qubitnya untuk membina semula keadaan asal yang tidak diketahui. Proses ini bergantung pada keterikatan dan korelasi antara dua qubit, yang ditangkap oleh keadaan Bell.
Empat keadaan asas Bell, iaitu |Φ⁺⟩, |Φ⁻⟩, |Ψ⁺⟩, dan |Ψ⁻⟩, adalah penting dalam pemprosesan maklumat kuantum dan teleportasi kuantum kerana sifatnya yang terikat secara maksimum. Keadaan ini berfungsi sebagai sumber yang berharga untuk pelbagai tugas maklumat kuantum dan membolehkan pemindahan keadaan kuantum yang setia dalam protokol teleportasi kuantum.
Soalan dan jawapan terbaru lain mengenai Asas Maklumat Kuantum EITC/QI/QIF:
- Adakah transformasi Fourier kuantum secara eksponen lebih pantas daripada transformasi klasik, dan adakah ini sebabnya ia boleh menjadikan masalah sukar boleh diselesaikan oleh komputer kuantum?
- Apakah yang dimaksudkan untuk qubit keadaan bercampur yang berada di bawah permukaan sfera Bloch?
- Apakah sejarah eksperimen celah berganda dan bagaimana ia berkaitan dengan mekanik gelombang dan pembangunan mekanik kuantum?
- Adakah amplitud keadaan kuantum sentiasa nombor nyata?
- Bagaimana get kuantum negasi (kuantum NOT atau get Pauli-X) beroperasi?
- Mengapa gerbang Hadamard boleh diterbalikkan sendiri?
- Jika anda mengukur qubit pertama keadaan Bell dalam asas tertentu dan kemudian mengukur qubit ke-1 dalam asas yang diputar oleh sudut tertentu theta, kebarangkalian bahawa anda akan memperoleh unjuran kepada vektor yang sepadan adalah sama dengan kuasa dua sinus theta?
- Berapa banyak bit maklumat klasik yang diperlukan untuk menerangkan keadaan superposisi qubit sewenang-wenangnya?
- Berapa banyak dimensi mempunyai ruang 3 qubit?
- Adakah ukuran qubit memusnahkan superposisi kuantumnya?
Lihat lebih banyak soalan dan jawapan dalam Asas Maklumat Kuantum EITC/QI/QIF