Controlled-NOT (CNOT) ゲートは、量子情報処理において重要な役割を果たす基本的な 2 量子ビット量子ゲートです。これは量子ビットのもつれに不可欠ですが、常に量子ビットのもつれにつながるわけではありません。これを理解するには、量子コンピューティングの原理と、さまざまな操作における量子ビットの動作を詳しく調べる必要があります。
量子コンピューティングでは、量子ビットは重ね合わせ状態で存在し、0 と 1 の両方を同時に表すことができます。 Pauli-X ゲートやアダマール ゲートなどの単一量子ビット ゲートを重ね合わせ状態の量子ビットに適用すると、量子ビットを他の量子ビットにもつれさせることなく、状態の確率振幅を変更できます。これは、単一量子ビット ゲートが他の量子ビットとのもつれを生じさせることなく量子ビットの状態を操作できることを意味します。
一方、CNOT ゲートは、通常、制御量子ビットとターゲット量子ビットと呼ばれる 1 つの量子ビットに作用します。 CNOT ゲートは、制御量子ビットが |0⟩ 状態にある場合に限り、ターゲット量子ビットの状態を反転します。制御量子ビットが重ね合わせ状態にある場合、この操作により 1 つの量子ビット間にもつれが生じます。制御量子ビットが |XNUMX⟩ と |XNUMX⟩ の重ね合わせにある場合、CNOT ゲートを適用した後の状態は XNUMX つの量子ビットがもつれ合った状態になります。
ただし、制御量子ビットが明確な状態 (|0⟩ または |1⟩) にある場合、CNOT ゲートは古典的な XOR ゲートのように動作し、量子ビットをもつれません。この場合、出力状態は個々の量子ビット状態のテンソル積として表現でき、量子ビット状態がもつれていないことを示します。
この概念を説明するために、制御量子ビットが状態 |0⟩ にあり、ターゲット量子ビットが状態 |+⟩ (重ね合わせ状態) にある例を考えてみましょう。このシナリオで CNOT ゲートを適用すると、ターゲット量子ビットは変更されず、量子もつれが発生しなかったことを示します。
CNOT ゲートは量子ビットをもつれさせるための強力なツールですが、量子ビットをもつれさせる能力は制御量子ビットの状態に依存します。制御量子ビットが重ね合わせ状態にある場合、CNOT ゲートは量子ビットを絡ませる可能性があります。それ以外の場合は、古典的に動作し、もつれは発生しません。
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