異なるサイズの2つの量子レジスタの内積を計算するにはどうすればよいですか?


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2つの量子状態の距離を計算できるアルゴリズムを見つけました。これは、スワップテスト(忠実度推定器または2つの状態の内積ですが、忠実度の意味がわかりません)と呼ばれるサブルーチンに基づいています。

私の質問は内積についてです。量子ビットの数が異なる2つの量子レジスタの内積を計算するにはどうすればよいですか?

アルゴリズムの説明はこのペーパーにあります。画像に表示されている3番目のステップに基づいて、例を挙げてそれを証明したいと思います。

みましょう: 、| b | = 5、Z = 50 | A ⟩ = 3|a|=5|b|=5Z=50 | B⟩=4

|a⟩=35|0⟩+45|1⟩
私たちが望むすべては、次の2つの状態の忠実度です| ψ⟩と| φ⟩との間の距離を計算するには| ⟩と| B⟩のように与えられます: | a−b| 2=2Z| ⟨φ| ψ⟩| 2 そう | ψ⟩=3
|b⟩=45|0⟩+35|1⟩
|ψ⟩|ϕ⟩|a⟩|b⟩|a−b|2=2Z|⟨ϕ|ψ⟩|2| φ⟩=5
|ψ⟩=352|00⟩+452|01⟩++452|10⟩++352|11⟩
、その後どのように計算 ⟨φ| ψ⟩=??
|ϕ⟩=550(|0⟩+|1⟩)
⟨ϕ|ψ⟩=??

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一言で言えば、それはできません。内積は、同じ空間の2つのベクトル(つまり、同じ次元の2つのベクトル)に対して定義されますが、ベクトル(または量子状態)のサイズは同じではありません。
— Nelimee

回答:


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|ψ⟩=(|0⟩|a⟩+|1⟩|b⟩)/2|ϕ⟩=|a||0⟩+|b||1⟩⟨ϕ|ψ⟩

(⟨ϕ|⊗I)|ψ⟩,
12Z(|a|0|b|00|a|0|b|)⋅(a0a1b0b1),
a0a1|a⟩
12Z(|a||a⟩+|b||b⟩).

もう一度お願いします、あなたはすべてのものを埋めることをどういう意味ですか?量子回路形式でこれをどのように解釈できますか?
— アマン

@Amanつまり、2つの演算子(またはこの場合は状態)が異なるキュービットのセットに対して定義されている場合、それらを同じサイズにする方法は、指定されたセットにはありません。
— DaftWullie

@アマン:交換できるのはキュービットレジスタのみです。何が起こっているかというと、最初のレジスタを2番目のレジスタの最初の量子ビットと入れ替えることです。これにより、2番目のレジスタの残りのキュービットをどうするかという問題が残ります。これにアイデンティティ操作を適用すると、上記のアイデンティティがどこから来たかがわかります。
— Peter Shor

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実際には、マイナスがあるはずです。論文に間違いがあります。Wittekは彼の(高価な)本でマイナスを使用しています。

|ψ⟩=12(|0,a⟩+|1,b⟩)
|ϕ⟩=1Z(|a||0⟩−|b||1⟩)

⟨ϕ|ψ⟩=12Z(|a|⟨0|−|b|⟨1|)(|0,a⟩+|1,b⟩)
=12Z(|a|⟨0|0⟩|a⟩−|b|⟨1|0⟩|a⟩+|a|⟨0|1⟩|b⟩−|b|⟨1|1⟩|b⟩)

=12Z(|a||a⟩−0+0−|b||b⟩)=12Z(|a||a⟩−|b||b⟩)

|ψ⟩|ϕ⟩


ありがとうございます、|ψ⟩では3キュビットまたは2キュビットはありますか?
— アマン

aとb(たとえばN)に必要なキュビット数があり、N + 1を追加します。
— cnada 2018
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