Сфера Блоха — геометричне уявлення в квантовій механіці для відображення простору чистих станів квантовомеханічної дворівневої системи (кубіта). Вона названа на честь фізика Фелікса Блоха, який запропонував її в 1946 році.
Принцип роботи
Кубіт — квантова система з двома дискретними станами, часто позначеними як |0⟩ і |1⟩. Сфера Блоха — це тривимірний простір, який представляє всі можливі стани кубіта. Вісь z цієї сфери зображає ймовірність виміру кубіта в стані |0⟩, а вісь x — ймовірність стану |1⟩. Вісь y представляє фазу квантовомеханічної амплітуди між станами |0⟩ і |1⟩.
Кожна точка на сфері Блоха представляє певний чистий стан дворівневої квантової системи. Центр сфери (x = 0, y = 0, z = 0) представляє стан, при якому ймовірність станів |0⟩ і |1⟩ однакова (50%), а фаза амплітуд також дорівнює 0.
Осі сфери Блоха
- Вісь z: Ймовірність стану |0⟩
- Вісь x: Ймовірність стану |1⟩
- Вісь y: Фаза амплітуд між станами |0⟩ і |1⟩
Застосування
Сфера Блоха має численні застосування в квантовій механіці та квантових обчисленнях, включаючи:
- Візуалізація та розуміння квантових станів
- Матриця Паулі для представлення операторів квантової механіки
- Моделювання квантових систем, таких як спін електрона або фотонної поляризації
- Розробка квантових алгоритмів та протоколів
Сфера Блоха — це геометричний інструмент, що використовується в квантовій механіці для представлення та маніпулювання дворівневими квантовими системами. Він допомагає візуалізувати, розуміти та маніпулювати квантовими станами, що є важливим у таких областях, як квантові обчислення та квантова інформація.
Поширені запитання
- Що таке сфера Блоха?
- Як сфера Блоха представляє квантові стани?
- Які осі сфери Блоха та що вони представляють?
- Які застосування сфери Блоха в квантовій механіці?
- Хто запропонував сферу Блоха?