Qubit

Qubit (q-bit, qubit, qubit; od kvantový bit ) je nejmenší jednotka informace v kvantovém počítači (analogický k bitu v konvenčním počítači) používaná pro kvantové výpočty .

Stav qubitu

Jako bit , qubit připouští dva vlastní stavy, označované a ( Diracův zápis ), ale může být také v jejich superpozici . V obecném případě má její vlnová funkce tvar , kde a se nazývají amplitudy pravděpodobnosti a jsou komplexními čísly , která splňují podmínku . Stav qubitu je vhodně znázorněn jako šipka na Blochově sféře .

Při měření stavu qubitu lze získat pouze jeden z jeho vlastních stavů [1] . Pravděpodobnosti získání každého z nich jsou , respektive . Zpravidla [komentář 1] , při měření stavu qubitu dochází k jeho nevratné destrukci, což se při měření klasického bitu nestává.

Kvantové provázání

Qubity mohou být zapleteny do sebe. Dva nebo více qubitů může mít kvantové provázání a je vyjádřeno v přítomnosti speciální korelace mezi nimi, což je v klasických systémech nemožné. Jedním z nejjednodušších příkladů zapletení dvou qubitů je stav Bell [1] :

Položka označuje stav, kdy jsou oba qubity ve stavu . Bellův stav se vyznačuje tím, že při měření prvního qubitu jsou možné dva výsledky: 0 s pravděpodobností 1/2 a konečný stav , a 1 s pravděpodobností 1/2 a konečný stav . V důsledku toho měření druhého qubitu vždy dává stejný výsledek jako měření prvního qubitu, tj. ukazuje se, že naměřená data jsou korelovaná.

Množství informací

Zatímco k úplnému popisu systému n klasických bitů stačí n nul a jedniček, k popisu systému n qubitů je potřeba (2 n - 1) komplexních čísel. To je způsobeno skutečností, že n-qubitový systém může být reprezentován [2] jako vektor v 2n - rozměrném Hilbertově prostoru . Z toho vyplývá, že systém qubitů může obsahovat exponenciálně více informací než systém bitů.

Například do jednoho qubitu lze pomocí ultrahustého kódování zapsat až dva bity Shannonovy informace a pro kódování 2n čísel lze použít systém n qubitů , který se používá například v kvantovém strojovém učení [3] .

Je však třeba vzít v úvahu, že exponenciální nárůst stavového prostoru systému nemusí nutně vést k exponenciálnímu nárůstu výpočetního výkonu z důvodu složitosti kódování a čtení informací [2] [3] .

Historie

Slovo „qubit“ zavedl Ben Schumacher z Kenyon College ( USA ) v roce 1995 a A. K. Zvezdin ve svém článku navrhl možnost překladu „q-bit“ [4] . Občas se také můžete setkat s názvem „quantbit“.

Variace a zobecnění

Zobecněním konceptu qubit je qudit (Q-enc, cuenc; qudit), schopný uložit více než dvě hodnoty do jednoho bitu (například qutrit anglicky  qutrit  - 3, kuquadrit  - 4, ... , cuenc  - n) [1] .

Poznámky

Prameny

1. ↑ 1 2 3 Nielsen M., Chang I. Quantum Computing a kvantové informace: Per. z angličtiny. — M.: Mir, 2006. 824 s. ISBN 5-03-003524-9
2. ↑ 1 2 Dorit Aharonov. Kvantové výpočty  // Annual Reviews of Computational Physics VI. - SVĚTOVÁ VĚDA, 1999-03-01. - T. Svazek 6 . — S. 259–346 . — ISBN 978-981-02-3563-5 . - doi : 10.1142/9789812815569_0007 . Archivováno z originálu 5. června 2021.
3. ↑ 1 2 Schuld, Maria, Verfasser. Řízené učení s kvantovými počítači . - ISBN 3-319-96423-2 , 978-3-319-96423-2.
4. ↑ Anatolij Konstantinovič Zvezdin. Magnetické molekuly a kvantová mechanika  // Priroda . - Věda , 2000. - T. č. 12 . (Ruština)

Komentáře

1. ↑ Například stav qubitu se téměř nezničí při slabých měřeních , stejně jako při nedestruktivních měřeních používaných při kvantové korekci chyb . Obě tyto metody však neumožňují získat úplné informace o stavu qubitu.

Odkazy

• Kvantová informatika: počítače, komunikace a kryptografie
• A. Kitaev, A. Shen, M. Vjaly . Klasické a kvantové výpočty . — M.: MTsNMO , 1999. 192 s.

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština velká čínština Velký Rus Britannica (online)
V bibliografických katalozích	GND : 4842734-2