U-Gatter

Im Quantencomputing ist das U-Gatter das wichtigste und grundlegendste Einzel-Qubit-Quantengatter. Alle unitären Einzel-Qubit-Quantengatter können als Spezialfall des U-Gatters aufgefasst werden. In diesem Kapitel des OpenQASM-Tutorials lernen Sie, wie Sie das U-Gatter auf ein Qubit anwenden.

In OpenQASM ist das U-Gatter ein eingebautes Gatter, daher stellt OpenQASM die Syntax bereit, um das U-Gatter auf ein Qubit anzuwenden. Ein U-Gatter hat 3 Parameter: θ, φ und λ.

Ein U-Gatter mit den Parametern θ, φ und λ kann als äquivalent zu den folgenden Operationen betrachtet werden: RZ(φ) RY(θ) RZ(λ)

wobei RZ(x) die Rotation um die Z-Achse der Bloch-Kugel um x Radiant ist und RY(x) die Rotation um die Y-Achse der Bloch-Kugel um x Radiant.

Das U-Gatter mit den Parametern θ, φ und λ lässt sich durch die folgende Matrix darstellen:

Zum Beispiel ist das H-Gatter ein Spezialfall des U-Gatters mit den Werten θ = π/2, φ = 0 und λ = π.

Die Werte der Parameter θ, φ und λ können zwischen 0 (eingeschlossen) und 4π (ausgeschlossen) liegen.

U-Gatter

Das U-Gatter kann auf jedes beliebige Qubit angewendet werden.

Die folgende Syntax wird verwendet, um das U-Gatter mit den Parametern theta, phi, lambda auf das Qubit quantum_register[index] anzuwenden:

U(theta, phi, lambda) quantum_register[index]; Hinweis: U ist ein eingebautes Gatter, daher ist u ein reserviertes Schlüsselwort.

Beispiel

Unten sehen Sie ein Beispiel für die Anwendung des U-Gatters auf das erste Qubit des Quantenregisters qubits mit den Parametern θ = π/2, φ = 0 und λ = π. Das U-Gatter mit diesen Parametern anzuwenden ist äquivalent dazu, das H-Gatter auf das Qubit anzuwenden.

OPENQASM 2.0;
include "qelib1.inc";

// Define quantum registers
qreg qubits[1];

// Applying H gate on the first Qubit of Quantum Register
u(pi/2, 0, pi) qubits[0];

U-Gatter auf Quantenregistern

Es ist auch möglich, das U-Gatter mit einem bestimmten Parametersatz auf alle Qubits eines Quantenregisters gleichzeitig anzuwenden.

Die folgende Syntax wird verwendet, um das U-Gatter mit den Parametern theta, phi, lambda auf alle Qubits eines Quantenregisters quantum_register gleichzeitig anzuwenden.

u(theta, phi, lambda) quantum_register;

Beispiel

Unten sehen Sie ein Beispiel für die Anwendung des U-Gatters auf alle Qubits des Quantenregisters qubits mit den Parametern θ = π/2, φ = 0 und λ = π. Effektiv wenden wir damit das H-Gatter auf alle Qubits des Quantenregisters qubits an.

// Applying H gate on all Qubits of the Quantum Register
u(pi/2, 0, pi) qubits;