Qubit

Kubitti (q-bit, qubit, qubit; kvanttibitistä ) on kvanttitietokoneen pienin informaatioyksikkö (analogisesti tavanomaisen tietokoneen bitin kanssa), jota käytetään kvanttilaskentaan .

Kubitin tila

Kuten bitti , kubitti hyväksyy kaksi ominaistilaa, joita merkitään ja ( Dirac-merkintä ), mutta se voi olla myös niiden superpositiossa . Yleisessä tapauksessa sen aaltofunktiolla on muoto , jossa ja niitä kutsutaan todennäköisyysamplitudeiksi ja ne ovat kompleksilukuja , jotka täyttävät ehdon . Kubitin tila esitetään kätevästi nuolena Bloch-pallolla .

Kun mitataan kubitin tilaa, voidaan saada vain yksi sen ominaistilasta [1] . Todennäköisyys saada jokainen niistä on vastaavasti , ja . Pääsääntöisesti [kommentti 1] kubitin tilaa mitattaessa se tuhoutuu peruuttamattomasti, mitä ei tapahdu klassista bittiä mitatessa.

Kvanttikietoutuminen

Qubitit voivat sotkeutua toisiinsa. Kahdella tai useammalla kubitilla voi olla kvanttisekoittuminen, ja se ilmaistaan ​​niiden välisen erityisen korrelaation läsnä ollessa, mikä on mahdotonta klassisissa järjestelmissä. Yksi yksinkertaisimmista esimerkeistä kahden kubitin kietoutumisesta on Bell-tila [1] :

Merkintä ilmaisee tilaa, kun molemmat kubitit ovat tilassa . Bell-tilalle on tunnusomaista se, että ensimmäistä kubittia mitattaessa on kaksi mahdollista tulosta: 0 todennäköisyydellä 1/2 ja lopputila ja 1 todennäköisyydellä 1/2 ja lopputila . Tämän seurauksena toisen kubitin mittaus antaa aina saman tuloksen kuin ensimmäisen kubitin mittaus, eli mittaustiedot osoittautuvat korreloivat.

Tietojen määrä

Vaikka n nollaa ja ykköstä riittää kuvaamaan täysin n klassisen bitin järjestelmää, (2 n - 1) kompleksilukuja tarvitaan kuvaamaan n kubitin järjestelmää. Tämä johtuu siitä, että n-kubittinen järjestelmä voidaan esittää [2] vektorina 2n - ulotteisessa Hilbert-avaruudessa . Tästä seuraa, että kubittijärjestelmä voi sisältää eksponentiaalisesti enemmän tietoa kuin bittijärjestelmä.

Esimerkiksi enintään kaksi bittiä Shannon-informaatiota voidaan kirjoittaa yhdeksi kubitiksi ultratiheällä koodauksella , ja n kubitin järjestelmää voidaan käyttää 2n luvun koodaamiseen, jota käytetään esimerkiksi kvanttikoneoppimisessa [3] .

On kuitenkin otettava huomioon, että järjestelmän tilaavaruuden eksponentiaalinen kasvu ei välttämättä johda laskentatehon eksponentiaaliseen kasvuun johtuen koodaus- ja lukuinformaation monimutkaisuudesta [2] [3] .

Historia

Sanan "qubit" otti käyttöön Ben Schumacher Kenyon Collegesta ( USA ) vuonna 1995 , ja A. K. Zvezdin ehdotti artikkelissaan käännösvaihtoehtoa "q-bit" [4] . Joskus voit törmätä myös nimellä "quantbit".

Muunnelmia ja yleistyksiä

Yleistys qubitin käsitteestä on qudit (Q-enc, cuenc; qudit), joka pystyy tallentamaan enemmän kuin kaksi arvoa yhteen bittiin (esimerkiksi qutrit englanti  qutrit  - 3, kuquadrit  - 4, ... , cuenc  - n) [1] .

Muistiinpanot

Lähteet

1. ↑ 1 2 3 Nielsen M., Chang I. Kvanttilaskenta ja kvanttitieto: Per. englannista. — M.: Mir, 2006. 824 s. ISBN 5-03-003524-9
2. ↑ 1 2 Dorit Aharonov. Kvanttilaskenta  // Annual Reviews of Computational Physics VI. - WORLD SCIENTIFIC, 1999-03-01. - T. Osa 6 . — S. 259–346 . — ISBN 978-981-02-3563-5 . - doi : 10.1142/9789812815569_0007 . Arkistoitu alkuperäisestä 5. kesäkuuta 2021.
3. ↑ 1 2 Schuld, Maria, Verfasser. Ohjattu oppiminen kvanttitietokoneilla . - ISBN 3-319-96423-2 , 978-3-319-96423-2.
4. ↑ Anatoli Konstantinovitš Zvezdin. Magneettiset molekyylit ja kvanttimekaniikka  // Priroda . - Tiede , 2000. - T. nro 12 . (Venäjän kieli)

Kommentit

1. ↑ Esimerkiksi kubitin tila ei juuri tuhoudu heikoissa mittauksissa , samoin kuin kvanttivirheenkorjauksessa käytetyissä ei-tuhoisissa mittauksissa . Molemmat menetelmät eivät kuitenkaan salli täydellisten tietojen saamista kubitin tilasta.

Linkit

• Kvanttiinformatiikka: tietokoneet, viestintä ja kryptografia
• A. Kitaev, A. Shen, M. Vyaly . Klassinen ja kvanttilaskenta . — M.: MTsNMO , 1999. 192 s.

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri katalaani iso kiinalainen Iso venäläinen Britannica (verkossa)
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4842734-2