第 4 课 · 量子比特、张量积、纠缠与通用门集 · 模块一:基础与工具

小结、作业与预告

  • 本课公式清单(编号列出):
    1. $|\psi\rangle = \alpha|0\rangle+\beta|1\rangle$;$|\alpha|^2+|\beta|^2 = 1$;概率 = 幅的模方
    2. $|\psi\rangle = \cos(\theta/2)|0\rangle+e^{i\phi}\sin(\theta/2)|1\rangle$;$P(0) = \cos^2(\theta/2)$、$P(1) = \sin^2(\theta/2)$
    3. $|0\rangle\otimes|1\rangle = (0,1,0,0)^{T}$;$n$ 比特 → $2^n$ 维(300 比特 $\approx 10^{90}$)
    4. $|\Phi^+\rangle = (|00\rangle+|11\rangle)/\sqrt{2}$;$P(00,01,10,11) = (1/2,\, 0,\, 0,\, 1/2)$
    5. 不可分解判据:$ac = 1/\sqrt{2}$、$ad = 0$、$bc = 0$、$bd = 1/\sqrt{2}$ 无解(反证法四步)
    6. $U^\dagger U = UU^\dagger = I \Rightarrow \langle\psi'|\psi'\rangle = \langle\psi|\psi\rangle$(可逆 + 概率守恒)
    7. $X|0\rangle = |1\rangle$;$Z|1\rangle = -|1\rangle$;$H|0\rangle = |+\rangle$、$H|1\rangle = |-\rangle$;$H^2 = I$
    8. $(U_1\otimes U_2)(|a\rangle\otimes|b\rangle) = (U_1|a\rangle)\otimes(U_2|b\rangle)$(单比特门不产生纠缠)
    9. CNOT:$|10\rangle\to|11\rangle$、$|11\rangle\to|10\rangle$(其余基态不变);$|00\rangle$ —$H\otimes I$→ —CNOT→ $|\Phi^+\rangle$
    10. $U = e^{i\alpha}R_z(\beta)R_y(\gamma)R_z(\delta)$;两级酉矩阵数 $\le N(N-1)/2$;{H, T, CNOT} 稠密通用
  • 作业卡:教材页练习 1–6 对应本课六个知识点;特别推荐 练习 3 第 2 题($|\Psi^-\rangle = (|01\rangle-|10\rangle)/\sqrt{2}$ 的反证法)与 练习 5 第 2 题(亲手走一遍 $|00\rangle \to |\Phi^+\rangle$ 的两步演算)
  • 预告卡:第 5 课——测量系统化:X-基测量 = 先作用 H 再 Z-基测量、部分测量 $P(y)$ 与条件态、期望值 $\langle Z\rangle = |\alpha|^2-|\beta|^2$ 与 $\langle Z_0 Z_1\rangle$;第 6 课——UnifiedQuantum 实操,把本课贝尔态电路跑千次测量统计
类型summary-homework-next(公式清单 + 作业 + 预告)