ユニタリ行列

ユニタリ行列

執筆済 数学量子計算
UU=UU=IU1=U

直交行列の複素版。

長さを保つ#

Ux=x,Ux,Uy=x,y

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 ψ|ψ=1 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U1=U 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

U(t)=eiHt/

Hエルミートなら U 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 eiHt を量子ゲートの積で近似する問題。

参考文献#

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