კუბიტი

კვანტურ ინფორმაციის თეორიაში, კუბიტი, ან კვანტური ბიტი (ზოგჯერ კბიტი ან კვბიტი) — კვანტური ინფორმაციის ერთეული. კვანტური ბიტი კლასიკური ბიტის კვანტური ანალოგია. კუბიტი, ორ მდგომარეობიან კვანტურ სისტემებს აღწერს, მაგალითად ფოტონის პოლარიზაციას, ან ელექტრონის სპინს.

კლასიკურ სისტემაში, ბიტი ორი მდგომარეობიდან აუცილებლად ერთ-ერთში უნდა იყოს. თუმცა, კვანტური მექანიკის მიხედვით კუბიტს შეუძლია ორი მდგომარეობის სუპერპოზიციაში იყოს. კვანტური ინფორმაციის ამ თვისებას მნიშვნელოვანი გამოყენება აქვს კვანტური კომპიუტერებისთვის.

ბიტის და კუბიტის შედარება

კლასიკური ბიტი ინფორმაციის ძირითადი ერთეულია და კომპიუტერებში ინფორმაციის ჩასაწერად გამოიყენება. ფიზიკური რეალიზაციის მიუხედავად კლასიკურ ბიტს ორი შესაძლო მდგომარეობა აქვს. ამ მდგომარეობებს როგორც წესი 0-ს და 1-ს (ან ჭეშმარიტს (True) და მცდარს (False)) ვუწოდებთ.

კვანტურ ბიტს კლასიკურ ბიტთან რამდენიმე მსგავსება აქვს, მაგრამ ბევრი თვისებით საკმაოდ განსხვავდება მისგან. კუბიტისთვისაც ნებისმიერი გაზომვის შედეგი შეიძლება 0 ან 1 იყოს. განსხვავება ისაა, რომ თუ კლასიკური ბიტის მდგომარეობა ყოველთვის არის ან 0 ან 1, კუბიტის მდგომარეობა ასევე შეიძლება ამ ორი მდგომარეობის სუპერპოზიციაც იყოს.

ერთი კლასიკური ბიტი შეგვიძლია ერთი კვანტური ბიტის საშუალებით შევინახოთ, თუმცა კუბიტი კლასიკურ ბიტზე მეტ ინფორმაციას იტევს. მაგალითად, ერთი კვანტური ბიტის და ერთი წინასწარ გამზადებული ბელის წყვილის საშუალებით შესაძლებელია ორი კლასიკური ბიტის გადაცემა.

კიდევ ერთი განსხვავება ის არის, რომ n კომპონენტიანი (ბიტიანი) სისტემის სრული აღწერა კლასიკურ ფიზიკაში მხოლოდ n ბიტის გამოყენებას მოითხოვს, კვანტურ ფიზიკაში კი ასეთი სისტემის აღსაწერად 2ⁿ-1 კომპლექსური რიცხვია საჭირო.

აღნიშვნა

ორ მდგომარეობას, რომელის მიმართაც კუბიტი შეიძლება გაიზომოს, საბაზისო მდგომარეობებს უწოდებენ. როგორც ნებისმიერი სახის კვანტურ მდგომარეობას, ამ მდგომარეობებსაც დირაკის „ბრა-კეტ“ აღნიშნვით წარმოვადგენთ. შესაბამისად, პირველ მათგანს ავღნიშნავთ როგორც $|0\rangle$ და მეორეს როგორც $|1\rangle$.

კუბიტის მდგომარეობები

ე.წ. სუფთა კუბიტი (ანუ კუბიტი რომელიც არ არის არცერთ სხვა სისტემასთან გადახლართული) შეიძლება იყოს საბაზო მდგომარეობების ნებისმიერ წრფივ სუპერპოზიციაში. ეს ნიშნავს, რომ კუბიტის მდგომარეობა შეიძლება ჩავწეროთ როგორც $|0\rangle$ და $|1\rangle$ მდგომარეობების წრფივი კომბინაცია:

$|\psi \rangle =\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle$

სადაც α და β შესაბამის მდგომარეობაში ყოფნის ამპლიტუდებია და ზოგადად შეიძლება კომპლექსური რიცხვები იყოს.

თუ კუბიტს სტანდარტულ ბაზისში გავზომავთ შედეგი $|0\rangle$-ის ალბათობა არის $|\alpha |^{2}$ და შედეგს $|1\rangle$-ის ალბათობა კი - $|\beta |^{2}$. რადგან ამპლიტუდების კვადრატები ალბათობების ტოლფასია, α და β შემდეგ განტოლებას უნდა აკმაყოფილებდნენ:

$|\alpha |^{2}+|\beta |^{2}=1$

რესურსები ინტერნეტში

• Qubit.org დაარქივებული 2005-02-13 საიტზე Wayback Machine. —cofounded by one of the pioneers in quantum computation, David Deutsch