N/M ile Bell durumu oluşturun ve sonuçları okuyun

İnceleyebileceğiniz iki kübitli bir ilişki oluşturun

Bell durumu, tek kübitli ölçüm deneyinden sonraki yararlı bir adımdır. ( |00> + |11> ) / sqrt(2) durumunda, hesaplama bazındaki ölçümler ideal olarak eşit olasılıkla 00 veya 11 verir. Her kübit tek başına rastgele görünürken iki sonuç arasında güçlü bir ilişki vardır.

Bu yazıda N/M programını dağılımla ilişkilendirip programı değiştirerek açıklamamızı sınayacağız. Deney, yerel ve gürültüsüz bir simülatörde çalışır; fiziksel bir kuantum işlemcisini ölçmez.

Devreyi çalıştırın

Aşağıdaki kodu Playground'a yapıştırın:

module blog_bell;
@seed(23);
fn main() {
  let q = qreg[2];
  sample 512 {
    H(q[0]);
    CNOT(q[0], q[1]);
    let c0 = measure(q[0]);
    let c1 = measure(q[1]);
  }
  return q;
}

İki kübit de 0 durumunda başlar. H(q[0]), ilk kübit için eşit genlikler oluşturur. CNOT, ilk kübit 1 olduğunda ikinci kübiti çevirir. Böylece birleşik durum yalnızca 00 ve 11 bileşenlerini içerir. İdeal modelde ölçüm öncesi olasılık görünümü bu iki durumun her birine 0,5; 01 ve 10'a sıfır olasılık atamalıdır. Tek bir ölçüm durumu çökertir; histogramı ve ölçüm öncesi dağılımı, bu çökmüş son durumdan ayrı inceleyin.

Örneklenen histogramın tam 256/256 bölünmesi gerekmez. 512 ölçüm örneği, dağılımın tahminini verir; onun yeni ve kesin bir tanımı değildir. Çalıştırmaları karşılaştırırken programı, tohumu, ölçüm sayısını, simülatör ayarlarını ve sürümü saklayın. Diyagram bitleri farklı sırayla gösteriyorsa soldaki rakamın her zaman aynı yazmaç indeksini temsil ettiğini varsaymak yerine o görünümün sıralama kuralını okuyun.

Kapıların işini gösteren üç değişiklik

1. CNOT satırını kaldırın. İkinci kübit 0 kalır ve iki kübitli dağılım Bell ilişkisini kaybeder.
2. CNOT'u geri koyup ilk H satırını kaldırın. Başlangıçta kontrol kübiti 0 olan CNOT, yazmacı 00 durumunda bırakır.
3. İlk programa dönüp CNOT'tan sonra X(q[1]); ekleyin. Olası sonuçlar 01 ve 10 olur; hesaplama bazında ters ilişki oluşur.

Her değişikliği çalıştırmadan önce beklediğiniz sonuçları yazın. Simülatörle uyuşmayan bir tahmin, araştırabileceğiniz belirli bir kapıyı veya baz kuralını ortaya çıkarır.

Histogram neyi kanıtlayamaz?

Eşit sayıda 00 ve 11 içeren klasik bir karışım da hesaplama bazında aynı histogramı verir. Dolayısıyla tek bazda alınan histogram, dolanıklığı göstermek için tek başına yeterli değildir. Simülatör, kapıların tanımladığı durum evrimi nedeniyle Bell durumunu hazırlar; deneysel doğrulama ek ölçümler ve uygun analiz gerektirir.

Dolanıklık, ışıktan hızlı haberleşme de sağlamaz. Yalnızca bu kübitlerden birini gören gözlemci, mesaj göndermek için kendi rastgele sonucunu kontrol edemez. İlişkiler, ölçüm kayıtları ve deney düzeni karşılaştırıldığında anlam kazanır.

Bir sonraki alıştırmada başka bir bazdaki ölçümleri araştırıp klasik karışım ile tutarlı Bell durumunun neden aynı davranmak zorunda olmadığını açıklayın. Bu soruyu, ölçüm ayarları ve uygun istatistiksel değerlendirme gerektiren eksiksiz bir Bell eşitsizliği deneyinden ayrı tutun.

Sonraki adımlar ve kaynaklar

• Bit, kübit ve ölçüm: olasılık ile örnekleme arasındaki ayrımı gözden geçirin.
• N/M belgeleri: dil sözdizimi ve simülasyon akışı.
• IBM: Kuantum devreleri: devrelerin birleşimi ve dolanıklık oluşturan kapılar.
• IBM Quantum uygulama rehberleri: CHSH eşitsizliği dahil daha ileri deneyler.

Bu yazıdaki beklenen olasılıklar, belirtilen ideal devreye aittir. Donanım deneyinde cihaz gürültüsü, hazırlama kusurları ve sınırlı ölçüm sayısının belirsizliği ayrıca incelenmelidir.