Physique de pointe

Qubits et portes quantiques

Observez un qubit $|ψ⟩=\cos(θ/2)|0⟩+e^{iφ}\sin(θ/2)|1⟩$ en précession sur la sphère de Bloch sous une rotation autour de z. Faites varier φ et vérifiez qu’une rotation z ne change que la phase relative, sans toucher les probabilités de mesure selon z.

Avancé

Matériel

Sphère de Bloch virtuelle et vecteur d’état 3D
Curseur d’angle de phase φ (0 à 2π)
Bouton Pause pour l’animation de précession
Affichage de l’état $|ψ⟩$ et de φ

Protocole

Repérer le vecteur sur la sphère de Bloch
Mettez φ à 0 et observez le vecteur : le pôle nord est $|0⟩$ , le pôle sud $|1⟩$ ; un vecteur équatorial représente une superposition égale comme $|+⟩=(|0⟩+|1⟩)/\sqrt2$ . Lisez la ligne d’état $|ψ⟩$ .
Observer la rotation autour de z
Laissez tourner l’animation : le vecteur décrit un cercle autour de z — la porte $R_z$ multiplie seulement |1⟩ par la phase $e^{iφ}$ . Balayez φ de 0 à 2π ; la trajectoire reste un parallèle, donc la coordonnée z, et donc $P(1)=|\beta|^2$ , ne change pas.
Comparer deux états de même θ, φ différents
Mettez en pause à deux φ séparés de π (par exemple 0 et π) : les vecteurs sont opposés sur le parallèle, correspondant à $|+⟩$ et $|-⟩$ . Mêmes probabilités en base z, résultats différents en base x — la phase relative s’observe par interférence.

Simulation

Histoire de l’expérience

Richard Feynman proposa en 1981 que des systèmes quantiques pourraient simuler la physique mieux que les machines classiques ; David Deutsch formalisa l’ordinateur quantique universel en 1985, et Paul Benioff avait indépendamment modélisé le calcul quantique dès 1980. Benjamin Schumacher inventa le terme « qubit » en 1995. Les portes à un qubit comme Hadamard

H|0⟩=(|0⟩+|1⟩)/\sqrt2

, jointes à la porte CNOT à deux qubits, forment un ensemble universel approchant toute unitaire — la base des circuits quantiques actuels sur ions, supraconducteurs ou photons.

Physiciens associés

Richard Feynman Niels Bohr

Sujets liés de la bibliothèque

Qubits et portes quantiques