Введение
Введение
Запутанность квантовых состояний представляет собой центральное понятие, которое необходимо для того, чтобы разобраться в таких вопросах, как информационная открытость квантовых систем, коллапсы волновых функций, проблема декогеренции, квантовые компьютеры. Так называемые чистые состояния в квантовой механике описываются волновыми функциями. Множество волновых функций образует некоторое гильбертово пространство, называемое пространством состояний. При рассмотрении простых изолированных систем, например, частицы в потенциальном силовом поле, достаточно ограничиться лишь чистыми состояниями. Однако, ситуация меняется при обращении к квантовым открытым системам. Состояния такой системы, как правило, оказывается смешанным и не может быть описано волновой функцией. Для описания смешанных состояний фон Нейманом было введено понятие матрицы плотности. Любая подсистема составной системы является открытой и, наоборот, любую открытую систему можно трактовать как подсистему большой изолированной системы. Например, в процессе квантового измерения прибор и изучаемая квантовая система образуют комбинированную систему. В результате измерения, то есть взаимодействия между прибором и подсистемой, состояние системы оказывается смешанным. Используя модель комбинированной системы: «подсистема» плюс «окружение», механизм превращения чистого состояния подсистемы можно разделить на два этапа: На первом этапе в результате взаимодействия происходит запутывание состояний подсистемы и окружения. В результате образуется «запутанное» состояние, не являющееся произведением чистых состояний. Второй этап — выделение состояния подсистемы из запутанного состояния. Это достигается усреднением соответствующей матрицы плотности комбинированной системы по состояниям окружения. Возникающая в результате матрица плотности подсистемы описывает статистическую смесь базисных состояний, то есть смешанное состояние. Цель данной работы – познакомиться с чистыми и смешанными состояниями простых и составных квантовых систем на примере системы кубитов, рассмотреть преобразование таких состояний и их эволюцию, а также проблему квантовой декогеренции, примеры использования различных состояний кубитов в квантовых компьютерах.
Используемые источники
