[[Teorema]] che dimostra come sia impossibile copiare lo [[qbit|stato di un qbit]] a un altro [[qbit]] attraverso [[gate quantistico|gate quantistici]]. ## Dimostrazione (per assurdo) $$ \def \varA {{\color{coral} \ket{\psi}}} \def \varB {{\color{skyblue} \ket{\phi}}} \def \varC {{\color{yellowgreen} \left( a \cdot \ket{\psi} + b \cdot \ket{\phi} \right) }} $$ Se fosse possibile, allora sarebbe possibile: $$ \mathbf{U}_f \left( \varA \otimes \ket{0} \right) = \varA \otimes \varA $$ E anche: $$ \mathbf{U}_f \left( \varB \otimes \ket{0} \right) = \varB \otimes \varB $$ Creando una [[superposizione]] generica, e usando [[proprietà distributiva]] data dalla [[linearità]] per risolverla: $$ \displaylines{ \mathbf{U}_f \left( \left( a \cdot \varA + b \cdot \varB \right) \otimes \ket{0} \right) =\\ a \cdot \mathbf{U}_f \left( \varA \otimes \ket{0} \right) + b \cdot \mathbf{U}_f \left( \varB \otimes \ket{0} \right) =\\ a \cdot \left( \varA \otimes \varA \right) + b \cdot \left( \varB \otimes \varB \right) } $$ Ma al tempo stesso, risolvendola direttamente: $$ \displaylines{ \mathbf{U}_f \left( \varC \otimes \ket{0} \right) =\\ \varC \otimes \varC =\\ a^2 \cdot ( \varA \otimes \varA ) + b^2 \cdot ( \varB \otimes \varB ) + ab \cdot ( \varA \otimes \varB ) + ab \cdot ( \varB \otimes \varA ) } $$ I risultati possono essere uguali solo se: $$ \small a \cdot \left( \varA \otimes \varA \right) + b \cdot \left( \varB \otimes \varB \right) = a^2 \cdot ( \varA \otimes \varA ) + b^2 \cdot ( \varB \otimes \varB ) + ab \cdot ( \varA \otimes \varB ) + ab \cdot ( \varB \otimes \varA ) $$ Ovvero, quando: $$ \begin{cases} a &=& a^2 \\ b &=& b^2 \end{cases} $$ Cioè: $$ \begin{cases} a \cdot b = 0 \\\\ a = 0 \\ b = 1 \end{cases} \quad \bigcup \quad \begin{cases} a \cdot b = 0 \\\\ a = 1 \\ b = 0 \end{cases} $$ Il gate $\mathbf{U}_f$ esiste quindi solo per gli stati [[ortogonale|ortogonali]]. > [!Note] > Per gli stati $\ket{0}$ e $\ket{1}$, il gate $\mathbf{U}_f$ è il [[controlled Pauli X gate]] $\mathbf{X}_n$!