Кубит (TrQnm)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f4/Bloch_Sphere.svg/220px-Bloch_Sphere.svg.png)
Куби́т (q-бит, кьюбит, кубит; от quantum bit) — наименьшая единица информации в квантовом компьютере (аналог бита в обычном компьютере), использующаяся для квантовых вычислений.
Состояние кубита
[править | править код]Как и бит, кубит допускает два собственных состояния, обозначаемых и (обозначения Дирака), но при этом может находиться и в их суперпозиции. В общем случае его волновая функция имеет вид , где и называются амплитудами вероятностей и являются комплексными числами, удовлетворяющими условию . Состояние кубита удобно представлять как стрелку на сфере Блоха.
При измерении состояния кубита можно получить лишь одно из его собственных состояний[1]. Вероятности получить каждое из них равны соответственно и . Как правило[комментарий 1], при измерении состояние кубита необратимо разрушается, чего не происходит при измерении классического бита.
Квантовая запутанность
[править | править код]Кубиты могут быть запутаны друг с другом. Квантовой запутанностью могут обладать два и более кубита, и она выражается в наличии особой корреляции между ними, которая невозможна в классических системах. Одним из наиболее простых примеров запутанности двух кубитов является состояние Белла [1]:
Запись обозначает состояние, когда оба кубита находятся в состоянии . Для состояния Белла характерно то, что при измерении первого кубита возможны два результата: 0 с вероятностью 1/2 и конечным состоянием , и 1 с вероятностью 1/2 и конечным состоянием . Как следствие, измерение второго кубита всегда даёт тот же результат, что и измерение первого кубита, т. е. данные измерений оказываются коррелированными.
Количество информации
[править | править код]В то время как для полного описания системы из n классических битов достаточно n нулей и единиц, для описания системы из n кубитов необходимо (2n - 1) комплексных чисел. Это связано с тем, что n-кубитную систему можно представить[2] как вектор в 2n-мерном гильбертовом пространстве. Отсюда следует, что система из кубитов может вместить в себя экспоненциально больше информации, чем система из битов.
Например, в один кубит можно записать до двух битов информации Шеннона, используя сверхплотное кодирование, а система из n кубитов может использоваться для кодирования 2n чисел, что применяется, например, в квантовом машинном обучении[3].
Однако стоит учитывать, что экспоненциальное увеличение пространства состояний системы не обязательно приводит к экспоненциальному росту вычислительной мощности в связи со сложностью кодирования и считывания информации[2][3].
История
[править | править код]Слово «qubit» ввёл в употребление Бен Шумахер из Кеньон-колледжа (США) в 1995 г., а А. К. Звездин в своей статье предложил вариант перевода «q-бит»[4]. Иногда также можно встретить название «квантбит».
Вариации и обобщения
[править | править код]Обобщением понятия кубит является кудит (Q-энк, куэнк; qudit), способный хранить в одном разряде более двух значений (например, кутрит англ. qutrit — 3, куквадрит — 4, …, куэнк — n)[1].
Примечания
[править | править код]Источники
- ↑ 1 2 3 Нильсен М., Чанг И. Квантовые вычисления и квантовая информация: Пер. с англ. — М.: Мир, 2006. 824 с. ISBN 5-03-003524-9
- ↑ 1 2 Dorit Aharonov. Quantum computation // Annual Reviews of Computational Physics VI. — WORLD SCIENTIFIC, 1999-03-01. — Т. Volume 6. — С. 259–346. — ISBN 978-981-02-3563-5. — doi:10.1142/9789812815569_0007. Архивировано 5 июня 2021 года.
- ↑ 1 2 Schuld, Maria, Verfasser. Supervised Learning with Quantum Computers. — ISBN 3-319-96423-2, 978-3-319-96423-2.
- ↑ Анатолий Константинович Звездин. Магнитные молекулы и квантовая механика // Природа. — Наука, 2000. — Т. № 12. Архивировано 5 марта 2016 года.
Комментарии
- ↑ Например, состояние кубита почти не разрушается при слабых измерениях, а также при неразрушающих измерениях, использующихся в квантовой коррекции ошибок. Однако оба эти метода не позволяют получить полную информацию о состоянии кубита
Ссылки
[править | править код]- Квантовая информатика: компьютеры, связь и криптография
- А. Китаев, А. Шень, М. Вялый. Классические и квантовые вычисления. — М.: МЦНМО, 1999. 192 с.
![]() | В другом языковом разделе есть более полная статья Cúbit (исп.). |