Qubit

Un qubit (q-bit, qubit, qubit; din bit cuantic ) este cea mai mică unitate de informație dintr-un computer cuantic (analog cu un bit dintr-un computer convențional) utilizat pentru calculul cuantic .

Starea qubitului

Ca un bit , un qubit admite două stări proprii, notate cu și ( notația Dirac ), dar poate fi și în suprapunerea lor . În cazul general, funcția sa de undă are forma , unde și se numesc amplitudini de probabilitate și sunt numere complexe care îndeplinesc condiția . Starea unui qubit este reprezentată convenabil ca o săgeată pe sfera Bloch .

La măsurarea stării unui qubit, se poate obține doar una dintre stările sale proprii [1] . Probabilitățile de a obține fiecare dintre ele sunt, respectiv , și . De regulă [comentul 1] , la măsurarea stării unui qubit, acesta este distrus ireversibil, ceea ce nu se întâmplă la măsurarea unui bit clasic.

Entanglement cuantic

Qubit-urile pot fi încurcate între ele. Doi sau mai mulți qubiți pot avea întanglement cuantic și se exprimă în prezența unei corelații speciale între ei, ceea ce este imposibil în sistemele clasice. Unul dintre cele mai simple exemple de încurcare a doi qubiți este starea Bell [1] :

Intrarea denotă starea când ambii qubiți sunt în starea . Starea Bell se caracterizează prin faptul că, la măsurarea primului qubit, sunt posibile două rezultate: 0 cu o probabilitate de 1/2 și o stare finală și 1 cu o probabilitate de 1/2 și o stare finală . În consecință, măsurarea celui de-al doilea qubit dă întotdeauna același rezultat ca și măsurarea primului qubit, adică datele de măsurare se dovedesc a fi corelate.

Cantitatea de informații

În timp ce n zerouri și unu sunt suficiente pentru a descrie complet un sistem de n biți clasici, (2 n - 1) numere complexe sunt necesare pentru a descrie un sistem de n qubiți. Acest lucru se datorează faptului că un sistem n-qubit poate fi reprezentat [2] ca un vector într-un spațiu Hilbert 2n - dimensional . Rezultă că un sistem de qubiți poate conține exponențial mai multe informații decât un sistem de biți.

De exemplu, până la doi biți de informații Shannon pot fi scriși într-un qubit folosind codificare ultradensă , iar un sistem de n qubiți poate fi utilizat pentru a codifica numere 2n , care este folosit, de exemplu, în învățarea automată cuantică [3] .

Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că creșterea exponențială a spațiului de stare al sistemului nu conduce neapărat la o creștere exponențială a puterii de calcul din cauza complexității codificării și citirii informațiilor [2] [3] .

Istorie

Cuvântul „qubit” a fost introdus de Ben Schumacher de la Kenyon College ( SUA ) în 1995 , iar A. K. Zvezdin în articolul său a sugerat opțiunea de traducere „q-bit” [4] . Uneori poți întâlni și numele „quantbit”.

Variații și generalizări

O generalizare a conceptului de qubit este un qudit (Q-enc, cuenc; qudit), capabil să stocheze mai mult de două valori într-un bit (de exemplu, qutrit engleză  qutrit  - 3, kuquadrit  - 4, ... , cuenc  - n) [1] .

Note

Surse

1. ↑ 1 2 3 Nielsen M., Chang I. Quantum Computing and Quantum Information: Per. din engleza. — M.: Mir, 2006. 824 p. ISBN 5-03-003524-9
2. ↑ 1 2 Dorit Aharonov. Calcul cuantic  // Analize anuale ale fizicii computaționale VI. - WORLD SCIENTIFIC, 1999-03-01. - T. Volumul 6 . — S. 259–346 . — ISBN 978-981-02-3563-5 . - doi : 10.1142/9789812815569_0007 . Arhivat din original pe 5 iunie 2021.
3. ↑ 1 2 Schuld, Maria, Verfasser. Învățare supravegheată cu calculatoare cuantice . - ISBN 3-319-96423-2 , 978-3-319-96423-2.
4. ↑ Anatoly Konstantinovici Zvezdin. Molecule magnetice și mecanică cuantică  // Priroda . - Stiinta , 2000. - T. Nr. 12 . (Rusă)

Comentarii

1. ↑ De exemplu, starea unui qubit nu este aproape distrusă în măsurătorile slabe , precum și în măsurătorile nedistructive utilizate în corecția erorilor cuantice . Cu toate acestea, ambele metode nu permit obținerea de informații complete despre starea qubitului.

Link -uri

• Informatica cuantica: calculatoare, comunicatii si criptografie
• A. Kitaev, A. Shen, M. Vyaly . Calcul clasic și cuantic . — M.: MTsNMO , 1999. 192 p.

Dicționare și enciclopedii	Mare catalană mare chinezesc Rusă mare Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	GND : 4842734-2