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Interferencia cuántica con H, Z y H

Después de esta lección: Puedo calcular a mano cómo la secuencia H, Z, H hace que una amplitud se cancele.

Lección de 60 min1 comandoLaboratorio de simulador cuántico: qubits, puertas y medición en JupyterLab

Las amplitudes pueden anularse entre sí

La interferencia cuántica hace que las amplitudes de un resultado se sumen o se cancelen, igual que dos olas en un estanque. Es la herramienta con la que un programa cuántico deja pasar las respuestas buenas y apaga las malas.

Con dos puertas H y una Z en medio verás un resultado seguro salir de una mezcla al 50 %.

Al final de esta lección

Nota

Puedo calcular a mano cómo la secuencia H, Z, H hace que una amplitud se cancele.

Palabras clave

PalabraQué significa
Interferenciaamplitudes que se suman o se cancelan
Suma constructivados amplitudes del mismo signo que se refuerzan
Cancelacióndos amplitudes opuestas que suman cero
Faseel signo de una amplitud
Secuenciapuertas aplicadas una tras otra

Las celdas que rellenan los estudiantes quedan en blanco en esta vista previa.

Una amplitud puede ser negativa

Una probabilidad nunca es negativa, pero una amplitud sí. El signo no se ve al medir, porque la probabilidad es el cuadrado: 0,5 y −0,5 dan lo mismo.

El signo importa cuando después se suman amplitudes. Dos amplitudes del mismo signo se refuerzan. Dos de signo contrario se cancelan.

Ejemplo resuelto: H y otra vez H

PasoEstadoCuenta de la amplitud del 0Cuenta de la amplitud del 1
Inicio[1, 0]
Tras la primera H[0,707 ; 0,707](1 + 0) / √2(1 − 0) / √2
Tras la segunda H[1, 0](0,707 + 0,707) / √2 = 1(0,707 − 0,707) / √2 = 0

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Recuerda: es un simulador

Nota

El laboratorio es un simulador, no un ordenador cuántico. La interferencia que verás es aritmética con listas de números. Los scripts escriben en inglés: "H then H" quiere decir "la puerta H y otra vez H".

Dos secuencias con H

Comando
docker exec jupyter python3 steps/interfere.py

Se muestra aquí y no se ejecuta. Crea una cuenta gratuita para pulsar Ejecutar y escribirlo en el terminal de tu propio laboratorio.

Qué escribe el script de la interferencia

La primera secuencia, H y H, escribe 1.000|0>: el qubit vuelve al 0 con seguridad. La segunda, H, Z y H, escribe 1.000|1>: acaba en el 1 con seguridad.

Las dos empiezan con la misma mezcla al 50 %. La Z en medio cambia el final por completo.

Ejemplo resuelto: H, Z y H

PasoEstadoCuenta de la amplitud del 0Cuenta de la amplitud del 1
Tras la primera H[0,707 ; 0,707]
Tras Z[0,707 ; −0,707]se queda igualcambia de signo
Tras la segunda H[0, 1](0,707 − 0,707) / √2 = 0(0,707 + 0,707) / √2 = 1

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Un error frecuente

Advertencia

Mucha gente cree que dos puertas H seguidas dan dos mezclas al azar y que el resultado sigue siendo 50 % y 50 %. No es así. La segunda H suma las amplitudes de la primera, y las suma con su signo. En H y H todo se cancela salvo el 0.

La interferencia dirige las probabilidades

Un programa cuántico no prueba todas las respuestas y elige la buena. Prepara una mezcla y usa puertas para que las amplitudes de las respuestas malas se cancelen.

Si lo consigue, al medir sale casi siempre la respuesta buena. Es la idea de los algoritmos de la última lección.

H, Z y H en Python

Código: python
# Las dos amplitudes tras la primera H y tras Z.
a = 0.7071
b = -0.7071
cero = (a + b) / 2 ** 0.5
uno = (a - b) / 2 ** 0.5
print(round(cero, 3), round(uno, 3))
# Cambia b a 0.7071 (sin la Z) y pulsa Run otra vez.

Sobre este laboratorio y su código: Laboratorio de simulador cuántico: qubits, puertas y medición en JupyterLab

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