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기술

파울리 X 게이트

파울리 X 게이트기술
영어
Pauli-X gate
기호
X 또는 σ_x
행렬
[[0,1],[1,0]]
역원
X⁻¹=X
파울리 X 게이트는 한 큐비트의 |0⟩와 |1⟩를 서로 바꾸는 양자 게이트다. α|0⟩+β|1⟩를 β|0⟩+α|1⟩로 보내며 계산 기저에서는 고전적인 NOT과 같은 비트 반전 규칙을 갖는다.

기저 상태의 반전

X|0⟩=|1⟩이고 X|1⟩=|0⟩이다. 큐비트를 먼저 측정해 0인지 1인지 확인한 다음 뒤집는 것이 아니라 상태 전체에 선형적으로 작용한다. 중첩의 두 진폭을 서로 바꾸되 결맞음을 보존한다.

위상 반전과 차이

X는 계산 기저의 두 성분을 바꾸고 Z는 |1⟩ 성분의 부호를 바꾼다. 예를 들어 X|+⟩=|+⟩이지만 Z|+⟩=|−⟩이다. 게이트 이름이 모두 파울리라고 해서 같은 종류의 오류나 변화를 일으키는 것은 아니다.

같은 연산을 두 번

X²=I이므로 같은 큐비트에 두 번 연속 적용하면 원래 상태가 된다. 또한 상태 (√3|0⟩+|1⟩)/2의 계산 기저 측정 확률은 3/4와 1/4인데, X 뒤에는 두 확률이 서로 바뀐다.

회전 표기와 주의점

X는 블로흐 구에서 x축 반 바퀴 회전과 연결된다. 다만 일반적인 회전 연산자 R_x(π)=−iX이므로 행렬은 전역 위상만큼 다르다. 독립적인 단일 큐비트 상태의 같은 물리적 변화와 행렬의 엄밀한 동일성을 구분해야 한다.

관련 문서

큐비트 / 파울리 Z 게이트 / 아다마르 게이트 / 양자 회로 / 양자 중첩 / CNOT 게이트 / 복소수 / 행렬