Puertas cuánticas¶

Una puerta cuántica es una operación que cambia el estado de uno o varios qubits. Es la versión cuántica de las operaciones lógicas de un ordenador clásico, pero reversible: toda puerta (salvo la medición) puede deshacerse.

En vqubit, las puertas se llaman con los qubits sobre los que actúan:

import vqubit as vq

q0 = vq.LineQubit(0)
q1 = vq.LineQubit(1)

vq.H(q0)      # Hadamard
vq.X(q0)      # NOT cuántico (invierte 0 <-> 1)
vq.measure(q0)

Las puertas de un solo qubit más comunes¶

Puerta	Nombre	Qué hace
`I`	Identidad	No cambia nada.
`X`	Pauli X	Invierte el qubit, como un NOT: `0` → `1` y `1` → `0`.
`Y`	Pauli Y	Como `X`, pero con un factor de fase imaginario.
`Z`	Pauli Z	Cambia el signo de la parte `1`.
`H`	Hadamard	Crea o destruye superposición.
`S`	Fase	Añade un cuarto de vuelta de fase.
`T`	Fase π/8	Añade un octavo de vuelta de fase.

Rotaciones¶

En lugar de puertas fijas, puedes girar un qubit un ángulo que elijas:

import math

vq.Rx(math.pi / 2)(q0)   # media vuelta alrededor del eje X
vq.Ry(math.pi / 2)(q0)   # alrededor del eje Y
vq.Rz(math.pi / 4)(q0)   # alrededor del eje Z

Estas son las puertas que necesitarás para algoritmos reales, donde los ángulos se calculan en tiempo de ejecución.

Puertas de dos qubits¶

Para crear entrelazamiento hacen falta puertas que actúen sobre dos qubits a la vez:

Puerta	Nombre	Qué hace
`CNOT`	Controlled-NOT	Invierte el segundo qubit solo si el primero está en `1`.
`CZ`	Controlled-Z	Aplica `Z` al segundo qubit controlado por el primero.
`SWAP`	Intercambio	Intercambia los estados de los dos qubits.

vq.CNOT(q0, q1)   # q0 controla, q1 es el objetivo
vq.CZ(q0, q1)
vq.SWAP(q0, q1)

Medición¶

La medición no es reversible: colapsa el estado y devuelve un bit clásico.

vq.measure(q0)                 # mide un qubit
vq.measure(q0, q1)             # mide varios
vq.measure(q0, key="result")   # le da un nombre al resultado

¿Cómo se representan las puertas?¶

Internamente, cada puerta es una matriz compleja (su unitario). Por ejemplo, la puerta X es:

$$ X = \begin{pmatrix} 0 & 1 \ 1 & 0 \end{pmatrix} $$

No necesitas trabajar con esas matrices directamente, pero puedes consultarlas:

matriz = vq.unitary(vq.X)

Siguientes pasos¶

Combina puertas para formar circuitos.