Kontrollqubit

Kontrollqubit är en kvantbit som används i kontrollerade operationer för att villkora tillämpningen av en kvantlogisk grind på en eller flera målqubits. I en kvantkrets fungerar kontrollqubiten som ett logiskt villkor som styr om den tillämpade transformationen genomförs.

En kontrollerad grind, ofta betecknad CU (controlled-U), tillämpar en operation på målqubiten endast när kontrollqubiten är i tillståndet |1⟩. Om kontrollqubiten är i |0⟩ påverkas inte målqubiten. Det finns även variationer där kontrollen är kopplad till tillståndet |0⟩ genom inverterad kontroll.

Exempelvis är CNOT (kontrollerad-X) en vanlig två-qubits grind där X-operationen på målqubiten utförs endast om kontrollqubiten är |1⟩. På basisstaterna ger CNOT: |00⟩ → |00⟩, |01⟩ → |01⟩, |10⟩ → |11⟩, |11⟩ → |10⟩. Sådan funktionalitet kan skapa entanglement mellan kontroll- och målqubits när de används tillsammans i superpositionsstadier.

Multikontrollerade grindar finns också, till exempel Toffoli (CCX) där två kontrollqubits måste vara i |1⟩ för att flippa målqubiten. Fredkin (CSWAP) använder en kontrollqubit för att styra SWAP mellan två målqubits. Sådana grindar är viktiga byggstenar i kvantalgoritmer och i felkorrigeringsscheman.

Användning och implementation kan variera mellan olika kvantdatorplattformar. Kontrollqubiten kan vara en del av huvudregistret eller en separat ancillaqubit, och dess tillstånd upprätthålls koherent under operationen tills mätning görs i algoritmens flöde.