ユニタリ行列
直交行列の複素版。
長さを保つ#
複素空間での「回転」。内積を保つので、 状態どうしの関係が変わらない。
なぜ量子ゲートはユニタリなのか#
量子状態は を満たす単位ベクトル。 これは全測定結果の確率の和が 1 という意味。
時間発展でこれが壊れてはいけないので、 状態を変換する演算は長さを保つ必要がある。 それがユニタリ性。
系として
- 量子計算は可逆 — が常に存在する
- 情報を捨てられない — 古典の AND のような 非単射な演算はそのまま使えない
- 測定だけが例外 — 測定は非ユニタリで、不可逆
時間発展との関係#
シュレディンガー方程式の解は
がエルミートなら は自動的にユニタリになる。 エルミートな生成子が、ユニタリな時間発展を生むという関係。
量子シミュレーションは この を量子ゲートの積で近似する問題。
参考文献#
- Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information, 10th Anniversary Edition. Cambridge University Press, 2010. https://doi.org/10.1017/CBO9780511976667
- John Preskill. Quantum Computation Lecture Notes (Caltech Ph219/CS219) https://www.preskill.caltech.edu/ph219/