Bloch-Kugel

Die Bloch-Kugel ist eine Einheitskugel, die zur Visualisierung des Zustands eines einzelnen Qubits verwendet wird. Jeder reine Qubit-Zustand |ψ⟩ = cos(θ/2)|0⟩ + e^(iφ)sin(θ/2)|1⟩ entspricht mit dem Polarwinkel θ und dem Azimutwinkel φ einem eindeutigen Punkt auf der Kugeloberfläche. Der Nordpol repräsentiert |0⟩ und der Südpol repräsentiert |1⟩. Die Punkte auf dem Äquator repräsentieren gleichmäßige Superpositionen: |+⟩, |−⟩, |i⟩, |−i⟩. Ein-Qubit-Gatter entsprechen Rotationen der Bloch-Kugel: Das X-Gatter ist eine 180°-Rotation um die X-Achse, das Z-Gatter um die Z-Achse und das H-Gatter um die Achse zwischen X und Z. Gemischte Zustände (durch Dekohärenz) werden durch Punkte im Inneren der Kugel dargestellt. Die Bloch-Kugel ist ausschließlich ein Visualisierungswerkzeug für einzelne Qubits — Mehr-Qubit-Zustände können auf diese Weise nicht dargestellt werden.