양자 레지스터

양자 컴퓨팅에서 양자 레지스터()는 여러 큐비트로 구성된 시스템이다. 이는 고전적인 프로세서 레지스터의 양자적 아날로그이다. 양자 컴퓨터는 양자 레지스터 내의 큐비트를 조작하여 계산을 수행한다.

 정의 

레지스터는 일반적으로 큐비트로 구성된다고 가정된다. 또한 레지스터는 밀도 행렬이 아니라 순수하다고 일반적으로 가정되지만, '레지스터'의 정의는 밀도 행렬로 확장될 수 있다.

 크기 양자 레지스터는 개의 순수 큐비트로 구성된 양자 시스템이다.

양자 레지스터에 데이터가 저장되는 힐베르트 공간, 는 로 주어지며, 여기서 는 텐서곱이다.

힐베르트 공간의 차원 수는 레지스터가 어떤 종류의 양자 시스템으로 구성되어 있는지에 따라 달라진다. 큐비트는 2차원 복소수 공간()인 반면, 큐트리트는 3차원 복소수 공간() 등이다. N개의 d-차원(또는 d-준위) 양자 시스템으로 구성된 레지스터의 경우 힐베르트 공간은 이다.

레지스터의 양자 상태는 브라-켓 표기법으로 로 쓸 수 있다. 값 는 확률 진폭이다. 보른 규칙과 확률론의 2차 공리에 따라 이므로 레지스터의 가능한 상태 공간은 에서 단위구의 표면이다.

예시:
 5큐비트 레지스터의 양자 상태 벡터는 의 단위 벡터이다.
 4개의 큐트리트 레지스터는 마찬가지로 의 단위 벡터이다.

 양자 레지스터와 고전 레지스터의 비교 
첫째, 양자 레지스터와 고전 레지스터 사이에는 개념적인 차이가 있다.
 크기 고전 레지스터는 개의 플립플롭 배열을 의미한다.  크기 양자 레지스터는 단순히 개의 큐비트 모음이다.

또한,  크기 고전 레지스터는 개의 고전 순수 비트로 확장되는 가지 가능성 중 하나의 값을 저장할 수 있지만, 양자 레지스터는 양자 순수 큐비트로 확장되는 모든 가지 가능성을 동시에 저장할 수 있다.

예를 들어, 2비트 폭 레지스터를 고려해보자. 고전 레지스터는 2비트로 표현되는 가능한 값 중 하나만 저장할 수 있다. 

중첩 상태에 있는 2개의 순수 큐비트 와 를 고려하면, 양자 레지스터 정의 를 사용하면 두 큐비트로 확장되는 가능한 모든 값(모든 결과에 대해 0이 아닌 확률 진폭을 가짐)을 동시에 저장할 수 있음을 알 수 있다.

 같이 보기 
 양자 레지스터 제안 목록
 양자 회로
 양자 논리 게이트

 각주 

 추가 문헌 


분류:양자정보과학