Qubit

A qubit (q-bit, qubit, qubit; kvantumbitből) a kvantumszámítógépben lévő legkisebb információegység ( a hagyományos számítógép bitjéhez hasonlóan) , amelyet kvantumszámításhoz használnak .

A qubit állapota

A bithez hasonlóan a qubit két sajátállapotot fogad fel, amelyeket és jelöl ( Dirac-jelölés ), de lehet a szuperpozíciójukban is . Általános esetben a hullámfüggvény alakja , ahol és valószínűségi amplitúdóknak nevezzük , és olyan komplex számok , amelyek kielégítik a feltételt . A qubit állapota kényelmesen ábrázolható nyílként a Bloch-gömbön .

Egy qubit állapotának mérése során csak az egyik sajátállapota nyerhető [1] . Mindegyikük megszerzésének valószínűsége , illetve . Általában [1. megjegyzés] qubit állapotának mérése során visszafordíthatatlanul megsemmisül, ami nem történik meg klasszikus bit mérésekor.

Kvantumösszefonódás

A qubitek összegabalyodhatnak egymással. Két vagy több qubit is rendelkezhet kvantumösszefonódással, és ez a köztük lévő speciális korreláció jelenlétében fejeződik ki, ami a klasszikus rendszerekben lehetetlen. A két qubit összefonódásának egyik legegyszerűbb példája a Bell állapot [1] :

A bejegyzés azt az állapotot jelöli, amikor mindkét qubit állapotban van . A Bell állapotot az jellemzi, hogy az első qubit mérésekor két kimenetel lehetséges: 0 1/2 valószínűséggel és végső állapottal és 1 1/2 valószínűséggel és végső állapottal . Ennek következtében a második qubit mérése mindig ugyanazt az eredményt adja, mint az első qubit mérése, azaz a mérési adatok korrelációt mutatnak.

Információ mennyisége

Míg n nulla és egyes elegendő egy n klasszikus bitből álló rendszer teljes leírásához, addig (2 n - 1) komplex számokra van szükség egy n qubitből álló rendszer leírásához. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy egy n-qubit rendszer [2] vektorként ábrázolható egy 2n - dimenziós Hilbert-térben . Ebből következik, hogy egy qubit rendszer exponenciálisan több információt tartalmazhat, mint egy bitrendszer.

Például maximum két bit Shannon-információ írható egy qubitbe ultra -sűrű kódolással , és egy n qubitből álló rendszer használható 2n szám kódolására, amelyet például a kvantumgépi tanulásban használnak [3] .

Figyelembe kell azonban venni, hogy a rendszer állapotterének exponenciális növekedése nem feltétlenül vezet a számítási teljesítmény exponenciális növekedéséhez az információ kódolása és olvasása bonyolultsága miatt [2] [3] .

Történelem

A "qubit" szót Ben Schumacher a Kenyon College-tól ( USA ) vezette be 1995 -ben , és A. K. Zvezdin cikkében a "q-bit" fordítási lehetőséget javasolta [4] . Néha a "quantbit" névvel is találkozhatsz.

Változatok és általánosítások

A qubit fogalmának általánosítása egy qudit (Q-enc, cuenc; qudit), amely képes több mint kettő értéket tárolni egy bitben (például qutrit angol  qutrit  - 3, kuquadrit  - 4, ... , cuenc  - n) [1] .

Jegyzetek

Források

1. ↑ 1 2 3 Nielsen M., Chang I. Quantum Computing and Quantum Information: Per. angolról. — M.: Mir, 2006. 824 p. ISBN 5-03-003524-9
2. ↑ 1 2 Dorit Aharonov. Kvantumszámítás  // A Számítógépes Fizika Éves Szemle VI. - VILÁGTUDOMÁNYOS, 1999-03-01. - T. 6. kötet . – S. 259–346 . — ISBN 978-981-02-3563-5 . - doi : 10.1142/9789812815569_0007 . Archiválva az eredetiből 2021. június 5-én.
3. ↑ 1 2 Schuld, Maria, Verfasser. Felügyelt tanulás kvantumszámítógépekkel . - ISBN 3-319-96423-2 , 978-3-319-96423-2.
4. ↑ Anatolij Konsztantyinovics Zvezdin. Mágneses molekulák és kvantummechanika  // Priroda . - Tudomány , 2000. - T. 12. sz . (Orosz)

Hozzászólások

1. ↑ Például a qubit állapota szinte nem romlik meg gyenge méréseknél , valamint a kvantumhiba -javításban használt roncsolásmentes méréseknél . Azonban mindkét módszer nem teszi lehetővé a teljes információ megszerzését a qubit állapotáról.

Linkek

• Kvantuminformatika: számítógépek, kommunikáció és kriptográfia
• A. Kitaev, A. Shen, M. Vyaly . Klasszikus és kvantum számítástechnika . — M.: MTsNMO , 1999. 192 p.

Szótárak és enciklopédiák	Nagy katalán nagy kínai Nagy orosz Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4842734-2