量子比特相对相位定义的推导分歧与相关惯例咨询
我最近在研究量子比特的相对相位定义时遇到了一个困惑,想请大家帮忙理清。
给定一个二维复向量空间,量子比特的状态可以表示为 $|V\rangle = r_0 e^{i\theta_0} |0\rangle + r_1 e^{i\theta_1} |1\rangle$,其中 $r_0,r_1,\theta_0,\theta_1 \in \mathbb{R}$。
根据Rieffel & Polak所著《Quantum Computing: A Gentle Introduction》第22页的内容,在标准基下$|V\rangle$的相对相位是模为1的复数 $e^{iX}$,满足:
$$ \frac{r_0e{i\theta_0}}{r_1e{i\theta_1}} = e^{iX} \frac{|r_0e{i\theta_0}|}{|r_1e{i\theta_1}|} $$
按照这个定义,我推导出$|V\rangle$的相对相位是 $e^{i(\theta_0-\theta_1)}$,过程如下:
$$ \frac{r_0e{i\theta_0}}{r_1e{i\theta_1}} = e^{iX} \frac{|r_0|}{|r_1|} = e^{iX} \frac{r_0}{r_1} $$
$$ \Leftrightarrow e^{iX} = \frac{r_1}{r_0} \cdot \frac{r_0e{i\theta_0}}{r_1e{i\theta_1}} = \frac{e{i\theta_0}}{e{i\theta_1}} = e^{i\theta_0-i\theta_1} = e^{i(\theta_0-\theta_1)} $$
但我发现有一些资料里说$|V\rangle$的相对相位定义为 $e^{i(\theta_1-\theta_0)}$,这和我根据课本定义推导出的结果是共轭关系。
想请教大家:这种差异是怎么回事?是课本的定义有问题,还是我的推导哪里出错了?
我自己琢磨了一下,觉得两种答案其实都合理,关键取决于我们从$|V\rangle$中提出哪个相位因子——是$e{i\theta_0}$还是$e{i\theta_1}$,来区分那些仅相差全局相位的向量。想请大家确认一下这个想法对不对?另外,在学术界有没有关于应该提出哪个相位因子的惯例呢?
对了,我之前看到过一个相关的讨论帖,但感觉它的深度不够,没法完全解答我的问题。而且那个帖子里好像是把$\theta_1 - \theta_0$或者$\theta_0 - \theta_1$直接称为相对相位,而不是整个相位因子$e{i(\theta_1-\theta_0)}$或者$e{i(\theta_0-\theta_1)}$。
麻烦各位帮忙解答一下,非常感谢!
备注:内容来源于stack exchange,提问作者RyRy the Fly Guy

