Строки Паули образуют базис операторов нескольких кубитов
В стандартном кубитном базисе
$$X=\begin{pmatrix}0&1\\1&0\end{pmatrix},\qquad Z=\begin{pmatrix}1&0\\0&-1\end{pmatrix},$$
$$Y=iXZ=\begin{pmatrix}0&-i\\i&0\end{pmatrix}.$$
Положим $\mathcal S=\{I,X,Z,Y\}$.
Для $s\in\{0,1\}^{2n}$ определим
$$P_s=\bigotimes_{j=1}^nX^{s_{2j-1}}Z^{s_{2j}}.$$
Покажите, что эти $4^n$ операторов образуют ортогональный базис всех линейных операторов на $n$ кубитах:
$$\operatorname{Tr}(P_s^\dagger P_t)=2^n\delta_{st}.$$
Выведите для любой матрицы плотности разложение
$$\rho=\frac1{2^n}\left(I^{\otimes n}+\sum_{s\ne0}v_sP_s\right),$$
и выразите $v_s$ через $\rho$. Коэффициенты здесь могут быть комплексными, поскольку базис содержит $XZ$ без дополнительного фазового множителя.
Предложить решение
Войти, чтобы отправить материал.