Kubit


Kubit w encyklopedii

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania Graficzne przedstawienie wartości kubitu na sferze Blocha. Nie można uogólnić sfery Blocha na więcej bitów kwantowych. Po wykonaniu na kubicie pomiaru, znajdzie się on:
z prawdopodobieństwem | α | 2 {\displaystyle |\alpha |^{2}} w stanie | 0 {\displaystyle |0\rangle }
z prawdopodobieństwem | β | 2 {\displaystyle |\beta |^{2}} w stanie | 1 . {\displaystyle |1\rangle .}

Kubit (ang. qubit od quantum bit, bit kwantowy) – najmniejsza i niepodzielna jednostka informacji kwantowej.

Z fizycznego punktu widzenia, kubit jest kwantowomechanicznym układem opisanym dwuwymiarową przestrzenią Hilberta – w związku z tym, różni się od klasycznego bitu tym, że może znajdować się w dowolnej superpozycji dwóch stanów kwantowych. Jako model fizyczny kubitu najczęściej podaje się przykład cząstki o spinie ½, np. elektronu, lub polaryzację pojedynczego fotonu. Kubitem może też być kropka kwantowa, a dokładnie – jej ładunek.

Podobnym pojęciem jest „ebit”, oznaczający „splątany bit” (entangled bit)[1].

Nazwa kubit (ang. qubit) po raz pierwszy pojawiła się w 1995 roku w pracy Quantum coding amerykańskiego fizyka Benjamina Schumachera, w której uogólnił on do przypadku kwantowego twierdzenie Shannona o kodowaniu informacji klasycznej. Praca Schumachera okazała się podwaliną teoretycznych rozważań na temat kwantowego kodowania informacji[2].

Definicja | edytuj kod

Niech H 2 {\displaystyle H^{2}} będzie dwuwymiarową przestrzenią Hilberta o bazie ortonormalnej { | 0 , | 1 } . {\displaystyle \{|0\rangle ,|1\rangle \}.} Kubit reprezentowany jest przez unormowany wektor w tej przestrzeni:

| ψ = α | 0 + β | 1 {\displaystyle |\psi \rangle =\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle }

gdzie liczby zespolone α , β C {\displaystyle \alpha ,\beta \in \mathbb {C} } spełniają warunek | α | 2 + | β | 2 = 1. {\displaystyle |\alpha |^{2}+|\beta |^{2}=1.} Dowolny stan kubitu jest opisany przez kombinację liniową wektorów bazowych. Współczynniki α {\displaystyle \alpha } oraz β {\displaystyle \beta } tej kombinacji liniowej nazywa się amplitudami stanu (wektora). Stosując notację Diraca można zapisać:

| 0 = 1 0 , | 1 = 0 1 . {\displaystyle |0\rangle ={\begin{bmatrix}1\\0\end{bmatrix}},|1\rangle ={\begin{bmatrix}0\\1\end{bmatrix}}.}

Po wykonaniu na kubicie pomiaru, znajdzie się on z prawdopodobieństwem | α | 2 {\displaystyle |\alpha |^{2}} w stanie | 0 {\displaystyle |0\rangle } i z prawdopodobieństwem | β | 2 {\displaystyle |\beta |^{2}} w stanie | 1 . {\displaystyle |1\rangle .} Zatem dokonanie pomiaru trwale zmienia stan kubitu.

Interpretacja uzyskanego wektora jako 0 lub 1 jest wykorzystywana w klasycznych obliczeniach. Jeśli wartość kubitu była początkowo nieznana, określenie wartości α {\displaystyle \alpha } oraz β {\displaystyle \beta } jest niemożliwe. Dlatego, w celu zwiększenia wiarygodności wyniku, do generowania pojedynczego bitu można wykorzystać układy wielu kubitów.

Zbiór kubitów nazywa się rejestrem kwantowym.


Przypisy | edytuj kod

  1. AlvinA. Gonzales AlvinA., EricE. Chitambar EricE., New Bounds on Instantaneous Nonlocal Quantum Computation, „arXiv:1810.00994 [quant-ph]”, 1 października 2018, arXiv:1810.00994 [dostęp 2018-10-03] .
  2. Benjamin Schumacher. Quantum coding. „Physical Review A”. 51 (4), s. 2738–2747, 1 kwietnia 1995 r.. DOI: 10.1103/PhysRevA.51.2738

Linki zewnętrzne | edytuj kod

Kontrola autorytatywna (jednostka informacji):
Na podstawie artykułu: "Kubit" pochodzącego z Wikipedii
OryginałEdytujHistoria i autorzy