La Bloch-sfera reprezentado estas potenca ilo en kvantuma informa teorio, kiu permesas al ni bildigi la staton de kŭbito en tridimensia spaco. Ĝi disponigas geometrian reprezentadon de la stato de kŭbito, kio estas fundamenta unuo de kvantuma informo. La Bloch-sfero estas nomita laŭ la svisa fizikisto Felix Bloch, kiu lanĉis ĝin en 1946.
Por kompreni kiel funkcias la Bloch-sfero, ni unue rememoru la fundamentajn ecojn de kbito. Qubito estas dunivela kvantuma sistemo kiu povas ekzisti en supermeto de ĝiaj bazaj statoj, tipe indikitaj kiel |0⟩ kaj |1⟩. Tiuj bazŝtatoj egalrilatas al la klasikaj bitoj 0 kaj 1, sed en la kvantuma mondo, kvanto povas ekzisti en lineara kombinaĵo de ambaŭ statoj, reprezentitaj kiel α|0⟩ + β|1⟩, kie α kaj β estas kompleksaj nombroj kontentigantaj. la normaliga kondiĉo |α|^2 + |β|^2 = 1.
La Bloch-sfero disponigas grafikan reprezentadon de ĉiuj eblaj statoj de kvbito. Ĝi estas unuobla sfero en tridimensia spaco, kie la nordaj kaj sudaj polusoj de la sfero reprezentas la bazajn statojn |0⟩ kaj |1⟩, respektive. Ajna punkto sur la surfaco de la sfero egalrilatas al specifa stato de la kbito.
Por kompreni kiel kbita stato estas reprezentita sur la Bloch-sfero, ni povas uzi la koncepton de la Bloch-vektoro. La Bloch-vektoro estas tridimensia vektoro kiu indikas de la centro de la sfero ĝis la punkto reprezentanta la staton de la kbito. La longo de la Bloch-vektoro reprezentas la purecon de la ŝtato, kun longo de 1 indikanta puran staton kaj longo malpli ol 1 indikante miksitan staton.
La direkto de la Bloch-vektoro reprezentas la relativan fazon kaj supermeton de la kbita stato. Ekzemple, se la Bloch-vektoro indikas rekte supren (laŭ la z-akso), la kbito estas en la stato |0⟩. Se ĝi indikas rekte malsupren (kontraŭe al la z-akso), la kbito estas en la stato |1⟩. Ajna alia direkto de la Bloch-vektoro reprezentas supermeton de la bazaj statoj.
Por vidi kiel ĉi tio funkcias praktike, ni konsideru kelkajn ekzemplojn. Supozu ke ni havas kbiton en la stato |+⟩ = (|0⟩ + |1⟩)/√2, kiu reprezentas egalan supermeton de la bazaj statoj. La ekvivalenta Bloch-vektoro indikas laŭ la x-akso de la Bloch-sfero, duonvoje inter la nordaj kaj sudaj polusoj.
Nun, ni konsideru alian ekzemplon kie la kbito estas en la stato |1⟩. En ĉi tiu kazo, la Bloch-vektoro indikas rekte malsupren laŭ la negativa z-akso de la Bloch-sfero.
La Bloch-sfera reprezentado permesas al ni bildigi la staton de kbito en klara kaj intuicia maniero. Ekzamenante la pozicion de la Bloch-vektoro sur la sfero, ni povas facile determini la staton de la kbito kaj kompreni ĝiajn trajtojn. Tiu bildigo estas precipe valora dum traktado pli kompleksajn kvantumsistemojn, kie multoblaj kvbitoj estas implikitaj, ĉar ĝi disponigas geometrian reprezentadon kiu helpas pri kompreno kaj analizo.
La Bloch-sfera reprezentado permesas al ni bildigi la staton de kbito en tridimensia spaco. Ĝi disponigas geometrian reprezentadon de la kbita stato uzante la Bloch-vektoron, kiu indikas de la centro de la sfero ĝis la ekvivalenta punkto sur ĝia surfaco. La direkto de la Bloch-vektoro reprezentas la relativan fazon kaj supermeton de la kbita stato, dum la longo de la vektoro indikas la purecon de la ŝtato. Ĉi tiu bildiga ilo estas valorega por kompreni kaj analizi kvantumajn informsistemojn.
Aliaj lastatempaj demandoj kaj respondoj pri Bloch-Sfero:
- Kio estas la Bloch-sfera reprezentado de kbito?
- Kiel la nul kaj unu statoj estas reprezentitaj sur la Bloch-sfero kaj kial ili fariĝas antipodaj statoj?
- Kio estas la signifo de la pozitiva z-akso sur la Bloch-sfero kaj kiel ĝi rilatas al la nula stato de qubito?
- Kiuj estas la du parametroj uzataj por priskribi la staton de kŭbito sur la Bloch-sfero?
- Kiel estas la stato de kvbito reprezentita uzante la Bloch-sferreprezentadon?
Pliaj demandoj kaj respondoj:
- Kampo: Kvantuma Informo
- programo: EITC/QI/QIF Kvantuma Informo-Fundamentoj (iru al la atestprogramo)
- Leciono: Enkonduko por ŝpini (iru al rilata leciono)
- Fadeno: Bloch-Sfero (iru al rilata temo)
- Ekzamena revizio