Bir kübit ve klasik bit arasındaki fark nedir?

Anladığım kadarıyla, kuantum ve kuantum olmayan bilgisayarlar arasındaki temel fark, kuantum bilgisayarların kübit kullanması, kuantum olmayan bilgisayarların (klasik) bitler kullanmasıdır.

Qubits ve klasik bitler arasındaki fark nedir?

physical-qubit

— MEE - Monica'yı eski durumuna döndür
kaynak

Biraz klasik hesaplamada kullanılan ikili bir bilgi birimidir. Tipik olarak veya olarak alınan iki olası değer alabilir . Bitler, iki olası durumda olabilecek cihazlarla veya fiziksel sistemlerle uygulanabilir. $0$ $1$

Bitleri qubitlerle karşılaştırmak ve karşılaştırmak için, bitler için bir vektör gösterimini aşağıdaki gibi sunalım: bir bit, iki öğenin bir sütun vektörü ile temsil edilir ; burada , ve için anlamına gelir . Şimdi bit vektörü ile temsil edilir ve bit ile . Daha önce olduğu gibi, sadece iki olası değer vardır. $(\alpha,\beta)^T$ $\alpha$ $0$ $\beta$ $1$ $0$ $(1,0)^T$ $1$ $(0,1)^T$

Temsilin bu tür klasik bit gereksiz olsa da, qubits tanıtmak kolay artık şudur: Bir qubit basitçe herhangi bir karmaşık sayı elemanları normalizasyon koşulu karşılayan nerede . Normalleştirme koşulu yorumlamak için gereklidir ve $(\alpha,\beta)^T$ $|\alpha|^2+|\beta|^2=1$ $|\alpha|^2$ $|\beta|^2$ görülebileceği gibi, ölçüm sonuçları için olasılık olarak. Bazıları kuantum bilgi birimini kübit olarak çağırır. Kuubitler, hesaplanabilir temeli oluşturacak olan kuantum cihazların veya kuantum sistemlerinin (saf) durumları olarak ve ayrıca bunların tutarlı bir üst üste binmesinde uygulanabilir. Burada kuantumite, klasik ve dışında kubitlere sahip olmak için gereklidir . $(1,0)^T$ $(0,1)^T$

Kuantum hesaplaması sırasında kübitler üzerinde gerçekleştirilen olağan işlemler, kuantum kapıları ve ölçümlerdir. Bir (tek qubit) kuantum geçidi giriş olarak bir kübit alır ve çıkış olarak giriş kübitinin doğrusal bir dönüşümü olan bir kübit verir. Kübitler için yukarıdaki vektör gösterimini kullanırken, kapılar daha sonra normalleştirme koşulunu koruyan matrislerle temsil edilmelidir; bu matrislere birimsel matrisler denir. Klasik kapılar, bitleri bit olarak tutan matrislerle temsil edilebilir, ancak kuantum kapılarını temsil eden matrislerin genel olarak bu gereksinimi karşılamadığına dikkat edin.

Biraz yapılan bir ölçümün klasik bir ölçüm olduğu anlaşılmaktadır. Bununla demek istediğim, a priori bilinmeyen bir bit değeri prensipte kesin olarak doğru bir şekilde bulunabilir. Bu, kubit için geçerli değildir: sayısal bir kubit hesaplama bazında ölçülmesi olasılıkla ile sonuçlanır ve üstü $(\alpha,\beta)^T$ $[ (1,0)^T,(0,1)^T]$ $(1,0)^T$ $|\alpha|^2$ Olasılıklı . Diğer bir deyişle, kubitler ölçümden önce hesaplama temel durumları dışındaki durumlarda olabilirken, ölçümün hala sadece iki olası sonucu olabilir. $(0,1)^T$ $|\beta|^2$

Tek bir bit veya kübit ile yapılabilecek çok şey yoktur . Her ikisinin de tam hesaplama gücü, çok sayıda kullanımdan gelir ve bu, burada ele alınacak aralarındaki son farka yol açar: birden fazla kubbe karışabilir. Gayri resmi olarak, dolaşma klasik sistemlerin sahip olabileceğinden çok daha güçlü bir korelasyon şeklidir. Üst üste binme ve dolaşma birlikte, bitlerle yapılamayan kubitlerle gerçekleştirilen algoritmaları tasarlamaya izin verir. En çok ilgi çeken, bilinen en iyi klasik algoritmalara kıyasla daha düşük hesaplama karmaşıklığına sahip bir görevin tamamlanmasını sağlayan algoritmalardır.

Sonuçlanmadan önce, bir kübitin bitlerle simüle edilebileceği (ve tersi ) belirtilmelidir, ancak gerekli bit sayısının kubit sayısı ile hızla arttığı söylenebilir. Sonuç olarak, güvenilir kuantum bilgisayarları olmadan kuantum algoritmaları yalnızca teorik olarak ilgi çekicidir.

— Kiro
kaynak