现在要来提一葛很重要的概念 就是目前提到的这些qubit上的量值 到底要怎麽对应到现实世界的物理量? 如果一个物件要有qubit的性质 必须具备下列操作空间 1.它可以被初始化到一个初始态 2.它可以被控制(quantum gate)- 3.它的资讯可以被量测 关於第2点 我们知道一个物理量在时间里面的推演会随着一个哈密顿运算子演化 所以在现实世界中加一个场 让该物件的总能量有变化 就像是一个quantum gate 透过gate操作qubit的状态 第3点的话 等等会细讲 其实原子 光子 电子自旋 超导涡都可以被做成qubit的形式 但目前最常见的是运用电子/质子自旋 因为自旋本身是量子化的(quantized) 总共有spin up和spin down两种 所以这两个方向的自旋就可以当作描述该量子态的基底 自旋可以被想像成是一个小磁铁 因为它是带电粒子的旋转(可以这样类比) 然後旋转的电荷就会产生一个类似磁场性质 而自旋在磁场里面的交互作用又可以用一组矩阵来表示 这一系列的矩阵叫做泡利矩阵(Pauli Matrices) 在三维空间里面分别有x y z三种 https://imgur.com/GvpJJdm.jpg 这些矩阵之所以会长这样是因为如果我们拿前面提到bloch sphere的概念 https://imgur.com/lwfcDy0.jpg 以z方向的矩阵为例 这个矩阵已知性质有 向上自旋|↑> = |0> 本徵值=1 向下自旋|↓> = |1> 本徵值=-1 符合这个条件的矩阵就会长得像图的那样 另外两轴的矩阵也是同样的方式 只是X方向和Y方向要加入Φ角度的计算 如果要计算过程咪口之後再写下来:0 总归来说 这三个矩阵描述了在三维空间里面 各个方向的表示方式 而在磁场底下 自旋粒子的哈密顿量为 https://imgur.com/Yzm1Qf4.jpg omega是磁场的方向 总归来说 一个磁场中的自旋 可以完美的呈现qubit所需的各个特性 而他的基底也可以用简单的矩阵来描述 :0000000000000000000000 -- https://imgur.com/nMvv5Jv.gif https://imgur.com/QnhMsOH.gif https://imgur.com/zli98GR.gif --

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