- 命题框:不可克隆定理(Wootters & Zurek; Dieks, 1982)——不存在酉算子 C 对希尔伯特空间中所有态满足 C(|ψ⟩|0⟩) = |ψ⟩|ψ⟩
- 推导步骤(逐行,等号对齐感):
1. 反设 C 同时克隆 |ψ⟩ 与 |φ⟩:C|ψ⟩|0⟩ = |ψ⟩|ψ⟩,C|φ⟩|0⟩ = |φ⟩|φ⟩
2. 酉算子保内积——输入端:(⟨ψ|⟨0|)(|φ⟩|0⟩) = ⟨ψ|φ⟩·⟨0|0⟩ = ⟨ψ|φ⟩
3. 输出端:(⟨ψ|⟨ψ|)(|φ⟩|φ⟩) = ⟨ψ|φ⟩·⟨ψ|φ⟩ = ⟨ψ|φ⟩²
4. 令 c = ⟨ψ|φ⟩:c = c² ⇒ c(c−1) = 0 ⇒ c = 0 或 c = 1
- 演算(反例代入):|0⟩ 与 |+⟩ = (|0⟩+|1⟩)/√2:c = ⟨0|+⟩ = 1/√2 ≈ 0.707,而 c² = 1/2 ≠ c——既不完全相同也不正交,克隆不可能
- 结果框:可被同一台装置克隆的态,要么完全相同(c=1),要么相互正交(c=0);一切非正交族(0<|c|<1)整体不可克隆