Kvanttilaskenta - 2. tehtävät

Samankaltaiset tiedostot
Kvanttilaskenta - 1. tehtävät

Capacity Utilization

Returns to Scale II. S ysteemianalyysin. Laboratorio. Esitelmä 8 Timo Salminen. Teknillinen korkeakoulu

x = y x i = y i i = 1, 2; x + y = (x 1 + y 1, x 2 + y 2 ); x y = (x 1 y 1, x 2 + y 2 );

The Viking Battle - Part Version: Finnish

The CCR Model and Production Correspondence

anna minun kertoa let me tell you

Alternative DEA Models

Choose Finland-Helsinki Valitse Finland-Helsinki

I. AES Rijndael. Rijndael - Internal Structure

2 1/ /2 ; (a) Todista, että deg P (x)q(x) = deg P (x) + deg Q(x). (b) Osoita, että jos nolla-polynomille pätisi. deg 0(x) Z, Z 10 ; Z 10 [x];

On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31)

16. Allocation Models

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Efficiency change over time

On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31)

Bounds on non-surjective cellular automata

PHYS-C0210 Kvanttimekaniikka Exercise 2, extra challenges, week 45

Teknillinen tiedekunta, matematiikan jaos Numeeriset menetelmät

Topologies on pseudoinnite paths

1.3 Lohkorakenne muodostetaan käyttämällä a) puolipistettä b) aaltosulkeita c) BEGIN ja END lausekkeita d) sisennystä

FinFamily PostgreSQL installation ( ) FinFamily PostgreSQL

Other approaches to restrict multipliers

On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31)

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

A DEA Game II. Juha Saloheimo S ysteemianalyysin. Laboratorio. Teknillinen korkeakoulu

1. SIT. The handler and dog stop with the dog sitting at heel. When the dog is sitting, the handler cues the dog to heel forward.

5 Ominaisarvot ja ominaisvektorit

Mat Seminar on Optimization. Data Envelopment Analysis. Economies of Scope S ysteemianalyysin. Laboratorio. Teknillinen korkeakoulu

1.3Lohkorakenne muodostetaan käyttämällä a) puolipistettä b) aaltosulkeita c) BEGIN ja END lausekkeita d) sisennystä

MS-A0003/A Matriisilaskenta Laskuharjoitus 6

21~--~--~r--1~~--~--~~r--1~

Huom. tämä kulma on yhtä suuri kuin ohjauskulman muutos. lasketaan ajoneuvon keskipisteen ympyräkaaren jänteen pituus

Matriisiteoria Harjoitus 1, kevät Olkoon. cos α sin α A(α) = . sin α cos α. Osoita, että A(α + β) = A(α)A(β). Mikä matriisi A(α)A( α) on?

Salasanan vaihto uuteen / How to change password

Määritelmä Olkoon T i L (V i, W i ), 1 i m. Yksikäsitteisen lineaarikuvauksen h L (V 1 V 2 V m, W 1 W 2 W m )

Ominaisarvo-hajoitelma ja diagonalisointi

Matematiikka B2 - Avoin yliopisto

make and make and make ThinkMath 2017

Matematiikka B2 - TUDI

6 MATRIISIN DIAGONALISOINTI

Network to Get Work. Tehtäviä opiskelijoille Assignments for students.

Operatioanalyysi 2011, Harjoitus 3, viikko 39

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

1 Ominaisarvot ja ominaisvektorit

Travel Getting Around

Inversio-ongelmien laskennallinen peruskurssi Luento 2

C++11 seminaari, kevät Johannes Koskinen

FYSA235, Kvanttimekaniikka I, osa B, tentti Tentin yhteispistemäärä on 48 pistettä. Kaavakokoelma ja CG-taulukko paperinipun lopussa.

Salausmenetelmät 2015/Harjoitustehtävät

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Uusia kokeellisia töitä opiskelijoiden tutkimustaitojen kehittämiseen

Ominaisarvoon 4 liittyvät ominaisvektorit ovat yhtälön Ax = 4x eli yhtälöryhmän x 1 + 2x 2 + x 3 = 4x 1 3x 2 + x 3 = 4x 2 5x 2 x 3 = 4x 3.

Returns to Scale Chapters

Harjoitustehtävät. Laskarit: Ti KO148 Ke KO148. Tehtävät viikko. VIIKON 42 laskarit to ko salissa IT138

812336A C++ -kielen perusteet,

(1.1) Ae j = a k,j e k.

Uusi Ajatus Löytyy Luonnosta 4 (käsikirja) (Finnish Edition)

Esimerkki 4.4. Esimerkki jatkoa. Määrää matriisin ominaisarvot ja -vektorit. Ratk. Nyt

1. Liikkuvat määreet

A DEA Game I Chapters

Results on the new polydrug use questions in the Finnish TDI data

1. (a) (2p.) Systeemin infinitesimaalista siirtoa matkan ɛ verran esittää operaattori

MRI-sovellukset. Ryhmän 6 LH:t (8.22 & 9.25)

J 2 = J 2 x + J 2 y + J 2 z.

VAASAN YLIOPISTO Humanististen tieteiden kandidaatin tutkinto / Filosofian maisterin tutkinto

J1 (II.6.9) J2 (X.5.5) MATRIISILASKENTA(TFM) MALLIT AV 6

(0 desimaalia, 2 merkitsevää numeroa).

Hilbertin avaruudet, 5op Hilbert spaces, 5 cr

Capacity utilization

Ratkaisuehdotukset LH 10 / vko 48

Counting quantities 1-3

Lineaarikuvaukset. 12. joulukuuta F (A r ) = F (A r ) r .(3) F (s) = s. (4) Skalaareille kannattaa määritellä lisäksi seuraavat tulot:

LINEAARIALGEBRA. Harjoituksia/Exercises 2019 Valittuja ratkaisuja/selected solutions

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

LINEAARIALGEBRA. Harjoituksia/Exercises 2017 Valittuja ratkaisuja/selected solutions

Neliömatriisi A on ortogonaalinen (eli ortogonaalimatriisi), jos sen alkiot ovat reaalisia ja

Matriisilaskenta Luento 16: Matriisin ominaisarvot ja ominaisvektorit

Kolmiot, L1. Radiaani. Kolmiolauseet. Aiheet. Kulmayksiköt, aste. Radiaani. Suorakulmainen kolmio. Kolmiolauseet

HARJOITUS- PAKETTI A

Ajettavat luokat: SM: S1 (25 aika-ajon nopeinta)

Päättelyn voisi aloittaa myös edellisen loppupuolelta ja näyttää kuten alkupuolella, että välttämättä dim W < R 1 R 1

Information on Finnish Language Courses Spring Semester 2017 Jenni Laine

Information on Finnish Language Courses Spring Semester 2018 Päivi Paukku & Jenni Laine Centre for Language and Communication Studies

MEETING PEOPLE COMMUNICATIVE QUESTIONS

Alkeismuunnokset matriisille, sivu 57

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

AYYE 9/ HOUSING POLICY

Miksi Suomi on Suomi (Finnish Edition)

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Lab SBS3.FARM_Hyper-V - Navigating a SharePoint site

Information on Finnish Courses Autumn Semester 2017 Jenni Laine & Päivi Paukku Centre for Language and Communication Studies

FinFamily Installation and importing data ( ) FinFamily Asennus / Installation

Matematiikan perusteet taloustieteilijöille II Harjoituksia kevät ja B = Olkoon A = a) A + B b) AB c) BA d) A 2 e) A T f) A T B g) 3A

Counting quantities 1-3

Esimerkki 19. Esimerkissä 16 miniminormiratkaisu on (ˆx 1, ˆx 2 ) = (1, 0).

Strict singularity of a Volterra-type integral operator on H p

Hankkeiden vaikuttavuus: Työkaluja hankesuunnittelun tueksi

800323A KUNTALAAJENNUKSET OSA II FIELD EXTENSIONS PART II

Alternatives to the DFT

Transkriptio:

Kvanttilaskenta -. tehtävät Johannes Verwijnen January 8, 05 edx-tehtävät Vastauksissa on käytetty edx-kurssin materiaalia.. Problem The inner product of + and is. Edelleen false, kts. viikon tehtävä 6.. Problem The standard basis for a two-qubit quantum system is 00, 0, 0, True.. Problem Any state of a two-qubit quantum system can be written in the form (a 0 + b (c 0 + c.(a, b, c, d C False. Esim Bell-tila Φ + ( 00 + ei voida kirjoittaa yo. muodossa (kts. Course Notes,..4 Problem 4 Two qubits are entangled if their state can be written as (a 0 + b (a 0 + b. (a, b C False. Kts. edellinen tehtävä

.5 Problem 5 a 00 + b a ++ + for any a, b C that satisfy the normalization condition. False. Esim a 0, b..6 Problem 6 Bell s theorem implies that there is no local hidden variable theory (local realism that is consistent with the predictions of quantum mechanics. True.7 Problem 7 What is the inner product of 5 0 4 5 and +? Ottaen huomioon, että tiedämme edellisviikolta u u ja u u 0. ( + 5 0 4 ( 5 0 + ( 5 0 4 5.8 Problem 8 Rewrite 5 0 4 5 in the sign basis. 5 ( 0 0 4 0 + 0 4 5 5 0 4 5 ( + + 4 ( + 5 5 5 + + 7 5.9 Problem 9 Suppose that a qubit is in the state φ a 0 + a where a [, ]. If we first perform a standard basis measurement on this qubit and then perform a u, u -basis measurement where u b 0 + b for some b [, ], what is the probability that the outcome of the second measurement is u, in terms of a and b?

Merkitään ensimmäisen ja toisen mittauksen tulos x ja x P (x u P (x 0P (x u x 0 + P (x P (x u x.0 Problem 0 a b + ( a ( b Pick one of the following four alternatives which is not an orthogonal basis for a two-qubit system, or options 5 or 6 if none or all are valid.. vaihtoehto 00 +, 0 + 0, ++ +, + + + koska 00 + ++ + eli eivät ole ortogonaalisia.. Problem If the first qubit is in the state 0 + and the second qubit is in the state 0 +, what is the state of the composite system?. Problem 00 + 0 + 0 + Factor 00 0 + 0, where a + b and c + d. What is the value of a?. Käytetään (a 0 + b (c 0 + d, jossa tehtävän mukaan siis ac, ad, bc ja bd. Koska a + b c + d on oltava a, c, d ja siis b.. Problem Suppose we have two qubits in the state α 00 + β. (a If we measure the first qubit in the sign basis, what is the probability of seeing a +?

. ( α 0 0 + β α + + ( 0 + β + (b α +0 + α 0 + β + β ( ( α β P (+ + α + β What is the resulting state of the second qubit in that case? Mikäli + on havaittu, on tila siis α 0 + β, uudelleennormalisoituna α 0 + β.4 Problem 4 A two-qubit system was originally in the state 5 00 + 5 0 + 4 5 0 5, and then we measured the first qubit to be 0. Now, if we measure the second qubit in the standard basis, what is the probability that the outcome is 0? Mittauksen jälkeen on tila siis 0 ( ( 5 0 + 5. Uudelleennormalisoituna tämä on 0 5 0 + 5. Siispä todennäköisyys 0:lle toisella mittauksella on 5 5.5 Problem 5 We have two qubits originally in the state 0+ (which means that the first qubit is in 0 and the second qubit is in 0, which we want to entangle by performing a measurement. Which of the following measurements should we perform? 00 +, 00, 0 + 0, 0 0 on ainoa vaihtoehto, jossa kaikki perusvektorit ovat lomittuneita..6 Problem 6 Again we have two qubits in the state 0+, but this time we want to entangle them by performing a partial measurement on the first qubit. Which of the following measurements should we perform on the first qubit? Ensimmäisen kubitin osittaismittauksella ei voida saada aikaan lomittunutta 4

tilaa. Jos kubitti mitattaisiin vapaavalinteisessa kannassa u, olisi järjestelmän tila sen jälkeen u +, joka ei ole lomittunut..7 Problem 7 How do we write ψ 0 + eiθ in the sign basis? ψ ( + + ( + eiθ + + eiθ.8 Problem 8 + + eiθ Consider the state ψ 0 + eiθ from the previous question. To estimate the phase θ, we measure psi in the sign basis. What is the probability that the outcome of the measurement is +? P (+ + e iθ ( ( + e iθ + e iθ ( + e iθ + e iθ + 4 + cos( θ + i sin( θ + cos θ + i sin θ 4 + cos θ sillä cos( θ cos θ ja sin( θ sin θ. QCE-Tehtävät. Verify that the outer product representations of X and Y are given by X 0 + 0 and Y i 0 + i 0 by letting them act on the state ψ α 0 + β and comparing with (.9 and (.0. X ψ α ( 0 + 0 0 + β ( 0 + 0 α ( 0 0 + 0 0 + β ( 0 + 0 α + β 0 5

Kun käytämme 0 0 0 ja 0 0. Tulos on yhteneväinen (.9:n kanssa, eli X σ Y ψ α ( i 0 + i 0 0 + β ( i 0 + i 0 α ( i 0 0 + i 0 0 + β ( i 0 + i 0 αi βi 0 Tästä huomaamme, että kirjassa on painovirhe kaavassa.0 (joko negaatiossa tai ketien järjestyksessä.. Show that the matrix representation of the X operator with respect to the computational basis is ( 0 X 0 Käytetään jälleen ψ α 0 + β ( 0 X ψ 0 ( β α ( α β. Consider the basis states given by + 0 + 0, Show that the matrix representation of the X operator with respect to this basis is ( 0 X 0 Käytetään nyt ψ α + + β, joka on standardikannassa α+β ( ( 0 α X ψ 0 β α + β ( α 0 + α β 0 + α + β ( β 0 0 + α β 6

.4 Consider the space C with the basis {,, }. An operator  is given by  i + +. Write down the adjoint of this operator Â.5 (  (i + + ( ( i + + Find the eigenvalues and eigenvectors of the X operator. Lasketaan ensin ominaisarvot: ( ( 0 0 X λi λ 0 0 ( ( ( 0 λ 0 λ 0 0 λ λ det X λi det λ λ ( λ λ λ, ± λ, joten sen yhtälö on X φ φ ( ( ( 0 a a 0 b b ( ( b a a b { b a 0 a b 0 ( a φ a Koska φ φ ja φ ( a a saamme φ φ ( a a ( a a a a 7

λ, vastaavasti X φ φ ( ( 0 a 0 b ( b a ( a b ( a b { a + b 0 a + b 0 ( a φ a Jälleen φ φ ja φ ( a a joten φ φ ( a a ( a ( ( a a a. Ominaisvektorit ovat siis φ ja φ. Tarkistetaan vielä ( 0 X φ 0 ( ( 0 X φ 0 ( ( φ ( φ.6 Show that the Y operator is traceless T r(y T r ( 0 i i 0 0.7 Find the eigenvalues of B 0 0 4 0 8

B λi 0 0 4 0 det B λi det 0 0 4 0 λ 0 0 0 0 0 0 λ 0 0 0 λ 0 0 0 λ λ 0 0 λ 4 0 λ λ 0 0 λ 4 0 λ (( λ( λ( λ + 0 + 0 (( λ + 0 + 0 ((λ λ Josta nähdään, että ominaisarvot ovat 0 ja..8 Prove the following relations involving the trace operation: T r(a + B T r(a + T r(b T r(λa λt r(a T r(ab T r(ba Olkoon A ja B n n-kokoisia matriiseja. Tällöin A:n jälki on n i a ii ja siis T r(a + B n (a ii + b ii i n a ii + i n i b ii T r(a + T r(b n T r(λa λ i λa ii n i a ii λt r(a n n T r(ab a ij b ji i j n j i T r(ba n b ji a ij 9

.9 Show that X 0 + 0 P + P P + P + +.0 ( 0 0 + 0 + 0 + ( 0 0 0 0 + 0 + 0 X A three-state system is in the state ψ 0 + i Write down the necessary projection operators and calculate the probabilities Pr(0, Pr(, and Pr(. P 0 0 0 0 ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 P ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 P 0 ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ( P 0 ψ ( 0 0 0 + i 0 0 0 + 0 P r(0 ψ P 0 ψ 0 0 i 0 0 0

. ( 0 + + i 0 4 0 0 + 4 0 + i 0 4 P ψ ( 0 + ( 0 + i i P r( ψ P ψ ( 0 + + i 4 0 + 4 + i 4 P ψ ( 0 + i ( 0 + i i P r( ψ P ψ ( 0 + + i ( i i 0 i + In Example.7 we showed that [σ, σ ] iσ. Following the same procedure, show that [σ, σ ] iσ and [σ, σ ] iσ. ( ( ( 0 i 0 0 i σ σ i 0 0 i 0 ( ( ( 0 0 i 0 i σ σ 0 i 0 i 0

. ( ( ( 0 i 0 i 0 i σ σ σ σ iσ i 0 i 0 i 0 ( ( ( 0 0 0 σ σ 0 0 0 ( ( ( 0 0 0 σ σ 0 0 0 ( ( ( 0 0 0 σ σ σ σ iσ 0 0 0 Show that {σ i, σ j } 0 when i j. Koska {A, B} AB + BA voimme käyttää edellisessä tehtävässä laskettuja arvoja ja näemme, että {σ, σ } 0,, samoin {σ, σ }. {σ, σ }:n arvot ovat laskettuna kirjassa (example.7 ja nekin pitävät. 4. Consider the basis in Example 4. Show that it is orthonormal. Jotta kanta olisi ortonormaali, on pädettävä w i w i ja w i w j 0, i j. Eli kanta on ortonormaali. w w ( 0 0 ( 0 0 0 0 0 0 w w ( 0 ( 0 0 0 w w ( 0 ( 0 0 0 w 4 w 4 ( ( w w ( 0 0 ( 0 0 0 0 0 w w ( 0 0 ( 0 0 0 0 0 w w 4 ( 0 0 ( 0 0 0 w w ( 0 ( 0 0 0 0 0 0 w w ( 0 ( 0 0 0 0 w w 4 ( 0 ( 0 0 w w ( 0 ( 0 0 0 0 0 0 w w ( 0 ( 0 0 0 0 w w 4 ( 0 ( 0 0 w 4 w ( ( 0 0 0 0 0 w 4 w ( ( 0 0 0 w 4 w ( ( 0 0 0

4. Returning to Example 4., show that w w 4 w 4 w 0 Kts edellinen tehtävä. 4. Given that a b / and c d /4, calculate ψ φ, where ψ a c and φ b d. ψ φ ( a c ( b d a b c d 4 8 4.4 Calculate the tensor product of ψ ( and φ ( Koska tensoritulo on lineaarinen skalaareihin nähden, lasketaan ( ( [( ( ] ψ φ ( 4.5 Can ψ ( 0 0 0 0 + be written as a product state? Kyllä voidaan. ψ ( [( 0 0 ( ]

4.6 Can ψ 0 0 + be written as a product state? Ei voida, sillä kyseessä on Bell-tila ( Φ +, jota ei voida hajoittaa tekijöihin. 4.7 Find X Y ψ, where ψ 0 0 ( 0 0 X Y ψ (X Y (X Y 0 (X Y 0 (X 0 (Y (X (Y 0 ( i 0 0 i i ( 0 + 0 4.8 Show that (A B A B. ( a a Ilman yleisyyden menettämistä (wlog olkoon A ja B matriisit A ( a a b b. Pidetään mielessä, että (xy b b x y : (( (A B a a a a ( b b b b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b, B 4

(a b (a b (a b (a b (a b (a b (a b (a b (a b (a b (a b (a b (a b (a b (a b (a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b a b ( a a a a A B ( b b b b 4.9 If ψ 00 + find I Y ψ. I Y ψ I Y ( 00 + ( 0 (Y 0 + (Y i ( 0 0 4.0 Calculate the matrix representation of X Y. ( ( 0 0 i X Y ( 0 i 0 0 0 0 i 0 0 i 0 0 i 0 0 ( i 0 0 0 5