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).

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.

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} } to amplitudy prawdopodobieństwa spełniające 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]

Linki zewnętrzne[ | edytuj kod]