Was ist die Verwendung eines Universal-NOT-Gatters?

Ich kann mir eine Reihe von Gründen vorstellen, warum man ein solches Tor realisieren möchte.

Das erste ist, dass das Universal-NICHT in der klassischen Theorie existiert (es dreht sich nur um). Dies ist ähnlich dem Fall des Klonens, das in der klassischen Theorie möglich ist, aber nicht in der Quantentheorie. Sie können also das Studium eines ungefähren universellen NICHT als etwas Ähnliches betrachten wie das Studium eines ungefähren Kloners (eigentlich ist es leicht zu argumentieren, dass, wenn Klonen möglich ist, universelles NICHT möglich ist: einfach klonen, um den Zustand zu identifizieren , und dann drehen).

Der zweite Grund ist, dass das universelle NICHT mit der Zeitumkehr zusammenhängt, und wenn wir letzteres simulieren wollen, möchten wir vielleicht ersteres haben.

Der dritte Grund ist, dass das universelle NICHT mit der Transposition zusammenhängt und als solches verwendet werden könnte, um das Vorhandensein einer Verschränkung zu testen, wenn es auf einen Teil eines größeren Systems angewendet wird (Teiltranspositionstest).

Neuere Ergebnisse und hoffentlich etwas mehr Motivation finden Sie unter http://arxiv.org/abs/1104.3039

Ein Universal-Not erlaubt FTL-Kommunikation

Ich fügte meinem Spielzeugschaltkreissimulator ein Universal-Not-Gate hinzu und spielte damit herum, um interessante Dinge zu finden. Ich habe mit "Messen entlang der UniversalNot-Achse" experimentiert, als ich darüber gestolpert bin:

Die linke Hälfte der Schaltung variiert nur die globale Phase, aber am Ende variiert eine Observable. Die rechte Hälfte der Schaltung sendet$|00\rangle$zu$|00\rangle$aber sendet$i|00\rangle$zu$i|01\rangle$. Das System ist bezüglich der komplexen Amplituden nicht mehr linear; Es ist, als hätten sich Real- und Imaginärteil getrennt.

Es stellt sich heraus, dass dies ziemlich nützlich ist, da jeder überall die globale Phase beeinflussen kann. Mit ein paar Optimierungen haben wir ein kontrolliertes UniversalNot-Gate, das FTL-Kommunikation ohne vorherige Koordination durchführt!

Hier ist eine Schaltung, die das tut :

Und hier ist eine Konstruktion, bei der die Kontrolle des Universal-Nicht nicht kohärent sein muss. Es kann klassisch sein, wie eine Person, die entscheidet, ob sie einen Knopf drückt oder nicht.

Hier ist diese Schaltung :

Es gibt nur einen Kommunikationskanal (den globalen Phasenkanal). Jeder überall im Universum, der dies verwendet, würde also übereinander sprechen. Ganz zu schweigen von dem Rauschen, das durch jedes Elektron verursacht wird, das zufällig seinen Spin dreht. Aber dennoch.

Beachten Sie, dass es davon abhängen würde, welche Interpretationen der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie richtig sind, ob der Empfänger die Nachricht erhalten könnte, bevor sie gesendet wurde (oder überhaupt). Die Implementierungsdetails meines Schaltungssimulators bedeuten, dass das Verschieben des Empfängers in eine Spalte vor dem Sender dazu führt, dass keine Nachricht gesendet wird. Im Grunde erlaubt Ihnen ein kontrolliertes-universelles-nicht, interessante Interpretations-Verfälschungs-Experimente durchzuführen.

[Bearbeitet, da meine ursprüngliche Antwort die Frage falsch verstanden hat]

Die unmittelbare Anwendung, die ich sehe, ist die dynamische Entkopplung. Die dazu benötigten Impulsfolgen sind eine modifizierte Form der Nicht-Operation, die den Zustand auf einen Punkt projiziert, der einer gegebenen Symmetrieebene auf der Bloch-Kugel gegenüberliegt. Im Moment besteht dort das Problem, dass die gefundenen Sequenzen entlang einer Achse auf der Bloch-Kugel korrekt dekohärent sind. Ein universelles NOT wäre in der Lage, einen universellen dynamischen Entkoppler zu erzeugen. Im Wesentlichen könnten wir für jedes System und jede Art von Dekohärenz "die Zeit rückwärts laufen lassen" und ein kohärentes System erneut extrahieren.

(Es ist vielleicht interessant zu glauben, dass angesichts der Verbindungen zum No-Cloning-Theorem durchaus ein Zusammenhang zwischen No-Cloning und dem Auftreten eines Dekohärenz-Zeitpfeils bestehen könnte.)

Ich nehme an, der Grund für das U-Not-Gatter wird im breiteren Rahmen der Forschung zu universellen Quantenmaschinen, die von V. Buzek et. Al. U-Not befindet sich also in guter Gesellschaft mit Fragen zum universellen Quantenklonen (es ist auch unmöglich, genau zu arbeiten, also ist es die Frage nach der perfektesten Annäherung) und anderen elementaren Operationen. Eine Einführung in U-Not finden Sie hier http://arxiv.org/abs/quant-ph/9901053 (scheint nur die Online-Version der zweiten Referenz in dem oben zitierten Artikel von Nature zu sein).

Ein universelles NICHT-Gatter würde eine deterministische Fernzustandsvorbereitung mit einem klassischen Kommunikationsbit ermöglichen. Siehe http://arxiv.org/abs/1505.05615 und Referenzen.