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Introduction of Week 2

Week 2 will lead us through fundamental concepts of quantum computing while describing multi-qubit states, entanglement, teleportation, and more.

This week, we move into the heart of quantum computing. The week is divided into four major Activities: Qubits, Entanglement, Basic Algorithm Idea, and State Variables. Threading through these Activities are seven key concepts.

*Note: You can find a PDF version of all the steps for Week 2 in Japanese and English including scripts in the DOWNLOADS section at the bottom of this page.

[NOTE in JAPANESE] 第2週のコンテンツの日本語版PDFは、このページの一番下にある DOWNLOAD というセクションにございますのでご利用ください。

[NOTE in Thai] เนื้อหาในวิดีโอทั้งหมดมีคำบรรยายภาษาไทย ผู้เรียนสามารถเลือกคำบรรยายภาษาไทยได้จากเครื่องหมายด้านขวาล่างของวิดีโอ หลังจากที่วิดีโอเริ่มเล่น สำหรับเนื้อหาภาษาไทยของสัปดาห์ที่ 2 ผู้เรียนสามารถดาวน์โหลดได้จากหน้าโฮมเพจ Step 2.1 ในส่วน DOWNLOAD

[NOTE in Indonesian] *Catatan: Anda dapat memperoleh versi PDF semua langkah untuk Pekan 2 dalam Bahasa Indonesia, Jepang, dan Inggris termasuk naskah video di bagian DOWNLOADS di bagian bawah laman ini.

These concepts are:

  • superposition
  • interference
  • measurement
  • entanglement
  • unitary (reversible) evolution
  • no-cloning theorem
  • decoherence

We met superposition and interference at the end of last week, in the context of ordinary, classical waves in any kind of material. As we learn about qubits, we will see how these waves are carried using state variables such as polarization in photons. When we measure qubits, our results are probabilistic, depending on that wave superposition. When the outcome of measurements is correlated in ways that classical probability can’t explain, we can say that two (or more) qubits are entangled. We can use this entanglement to teleport the information in a qubit from one place to another. We operate on them using unitary, or reversible, operations. The no-cloning theorem shows us why it is impossible to make independent copies of unknown quantum states, with a number of non-intuitive implications. And finally, the delicate nature of quantum effects forces us to deal with decoherence, in which decay of our state causes the system to not give the results we desire.

Keep these seven concepts in mind this week as you learn about qubits, the behavior of multi-qubit systems, and the basic goal of a quantum algorithm. After building this foundation, next week we will go into more detail on several of the most important quantum algorithms.



今週は、量子計算の肝となる部分について議論を進めていきます。 この週では主に、量子ビット、量子もつれ、アルゴリズムの基本的な考え方、状態変数の4つのテーマについて学習を進めていきます。 これらを十分に理解するために必要となる、重要な概念を7つ紹介します。


  • 重ね合わせ
  • 干渉
  • 測定
  • 量子もつれ
  • (可逆性を持つ)ユニタリー発展
  • 量子複製不可能性定理
  • デコヒーレンス

重ね合わせ干渉に関しては、任意の物質の一般的な波を例に第1週の最後に勉強しました。第2週で学ぶ量子ビットの説明では、光子の偏極のような状態変数を使って、どのように波が動いていくのかを見ていきます。 量子ビットの測定では、その結果は確率的で、波の重ね合わせと密接に関係しています。 複数の測定結果が、従来の確率論で説明できないような相関を持っているとき、複数の量子ビットは「もつれている」と言えます。こういった量子もつれを利用すると、ある場所の量子ビットが格納している量子情報を、別の場所へ瞬間移動させることができます。 また、一般的には、量子系に対する操作として、(可逆性を持つ)ユニタリ展開を行います。量子複製不可能性定理は、状態が不明な量子系の独立した複製を作ることがなぜ不可能であるかを、あまり直感的でない多くの関連状況を説明しながら示します。 最後に、量子コンピュータは非常に繊細な量子効果を応用するため、状態の劣化による精度の低下、すなわちデコヒーレンスへの対処が必要不可欠なものとなっています。

今週は、量子ビット、多量子ビット系、量子アルゴリズムの基本的な考え方などに関して学んでいきますが、常に、以上7つの概念を頭の片隅に置いておいてください。 今週これらの基礎知識理解した上で、来週は、具体的にいくつかの重要な量子アルゴリズムを詳細に学んで行きます。

© Keio University
This article is from the free online

Understanding Quantum Computers

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