Bir kübit ve kuantum durum arasındaki fark nedir?

Genel olarak, bir kübit, temeli kullanılarak biçiminin kuantum durumu olarak matematiksel olarak temsil edilir. . Bana öyle geliyor ki, bir kübit, bir sistemin kuantum durumunu (yani bir vektörü) göstermek için kuantum hesaplamada ve bilgide kullanılan bir terimdir. $\lvert \psi\rangle = \alpha \lvert 0\rangle + \beta \lvert 1\rangle$ $\{ \lvert 0\rangle, \lvert 1\rangle \}$

Bir kübit ve kuantum durum arasında temel bir fark var mı? Bir kübit için temsil ettiği kuantum durumdan daha fazlası nedir?

physical-qubit terminology quantum-state

— nbro
kaynak

Burada ayırt etmek için birkaç şey var, bunlar genellikle uzmanlar tarafından kapsanıyor, çünkü bu terimleri acemilere en şeffaf olacak şekilde değil, sezgileri iletmek için hızlı ve gayri resmi olarak kullanıyoruz.

Bir "kübit", kuantum mekanik bir duruma sahip küçük bir sistemi ifade edebilir .

Bir kuantum mekanik sistemin durumları bir vektör uzayı oluşturur. Bu durumların çoğu birbirinden ancak kusurlu olarak ayırt edilebilir, çünkü bir devleti diğeri için ne kadar zekice ayırt etmeye çalışsanız da, yanlış bir şansı vardır. Daha sonra, bir grup devletin, hepsinin birbirinden mükemmel bir şekilde ayırt edilip edilemeyeceği sorusunu sorabilir.

Bir "kübit", en mükemmel şekilde ayırt edilebilir durumların iki olduğu kuantum mekanik bir sistem örneğidir. (Pek çok farklı mükemmel ayırt edilebilir durum kümesi vardır; ancak bu grupların her biri yalnızca iki öğe içerir.) Bunlar
- Bir foton polarizasyonu ( karşı veya karşı ); $\lvert \mathrm H \rangle$ $\lvert \mathrm V \rangle$ $\lvert \circlearrowleft \rangle$ $\lvert \circlearrowright \rangle$
- ya da bir elektron spin ( karşı veya karşı ); $\lvert \uparrow \rangle$ $\lvert \downarrow \rangle$ $\lvert \rightarrow \rangle$ $\lvert \leftarrow \rangle$
- veya bir elektronun iki farklı enerji seviyesi ve , birçok farklı enerji seviyesini işgal edebilecek, ancak elektron bu enerji seviyeleri tarafından tanımlanan alt boşlukta kalacak şekilde kontrol edilecek harekete geçmediği zaman. $\lvert E_1 \rangle$ $\lvert E_2 \rangle$
Bu sistemlerde ortak olan, durumlarını ve olarak etiketleyebileceğimiz ve sistemin diğer durumlarını (vektör uzayındaki vektörler olarak) ele alabileceğimiz iki durum olarak ve tarafından yayılmış ) biçiminde doğrusal kombinasyonlar kullanarak , burada . $\lvert 0 \rangle$ $\lvert 1 \rangle$ $\lvert 0 \rangle$ $\lvert 1 \rangle$ $\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$ $\lvert \alpha \rvert^2 + \lvert \beta \rvert^2 = 1$
Bir "qubit" da kuantum mekanik durumuna başvurabilir arasında Yukarıdaki açıklamalar tür bir fiziksel sistemin. Yani, "a qubit" biçiminin bazı durumlarını çağırabiliriz . Bu durumda, hangi fiziksel sistemin bu durumu depoladığını düşünmüyoruz; sadece devlet biçimiyle ilgileniyoruz. $\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$
"Bir kübit", gibi bir duruma eşdeğer miktarda bilgi anlamına da . Örneğin, karmaşık bir kuantum sisteminin iki durumu ve ve durumu bazı süperpozisyonda olan bazı fiziksel sistemimiz varsa , o zaman sistemin ne kadar karmaşık olduğu ya da durumlarından herhangi birinin olup olmadığı önemli değildir : olası değerlerle ifade edilen bilgi miktarı $\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$ $\lvert \psi_0 \rangle$ $\lvert \psi_1 \rangle$ $\lvert \Psi \rangle$ $\alpha \lvert \psi_0 \rangle + \beta \lvert \psi_1 \rangle$ $\lvert \psi_j \rangle$ $\lvert \Psi \rangle$ bir kübittir, çünkü yeterince zeki bir gürültüsüz prosedürle, bu karmaşık kuantum durumunu bir (fiziksel sistem) kübit haline geri dönüşümlü olarak kodlayabilirsiniz. Benzer şekilde, bu karmaşık sistemin durumunu qubit durumu olarak geri dönüşümlü olarak kodlayabiliyorsanız, kubit bilgisini kodlayan çok büyük bir kuantum sisteminiz olabilir . $n$ $n$

Bu kafa karıştırıcı görünebilir, ancak klasik hesaplama ile her zaman yaptığımızdan farklı değildir.

C benzeri bir dilde int x = 5;yazıyorsanız, büyük olasılıkla bunun xbir tamsayı (bir tamsayı değişkeni ) depolayan bir tamsayı olduğunu 5(tamsayı değeri ) anlıyorsunuzdur .
O zaman x = 7;ben xyazarsam, bu ikisine eşit bir tamsayı anlamına gelmez 5ve 7daha ziyade bu xbir çeşit konteynerdir ve yaptığımız şeyin içerdiği şeyi değiştirmesidir.

Ve böylece - 'kübit' terimini kullandığımız bu yollar, 'bit' terimini nasıl kullandığımızla aynıdır, sadece bu, değerleri yerine kuantum durumlar için ve küçük fiziksel değişkenler veya kayıtlar yerine sistemler. (Daha doğrusu: quantum durumu olan kuantum hesaplamasında değerler ve küçük fiziksel sistemler vardır değişkenler / kaydolur.)

— Niel de Beaudrap
kaynak

Üçüncü noktada, neden "... bir miktar bilgiye atıfta bulunuyorsunuz " diyorsunuz? Neden "belirli" bilgilere değil "miktar" a atıfta bulunuyor? Başka bir deyişle, tek bir kübit başka bir kübitten daha az / daha fazla bilgi içerebilir gibi görünüyor, bu da kulağa garip geliyor çünkü klasik dünyada biraz başka bir bitin aynı bilgisini içeriyor. Tabii ki, aynı zamanda bağlama da bağlıdır (örneğin, bir bitin bir parçası olarak düşünürsek, örneğin). Ama burada, tek bitleri ve kübitleri karşılaştırmaktan bahsediyorum.

— nbro

@nbro: Sadece bireysel kübitleri düşünüyorsanız, bilinen sabit bir durumda olan (fiziksel) bir kübitin sıfır kübit değerinde bilgi içermesi dışında, bilgi miktarı hakkında söyleyeceklerimi göz ardı edebilirsiniz . devlet size inşaat tarafından zaten bilmediğiniz hiçbir şey söylemez).

— Niel de Beaudrap

@nbro Klasik hesaplamada, "bit" aynı zamanda bilginin kendisini değil, bir miktar bilgiyi ifade eder. 0V yerine 5V olan bir şey, yerine kapalı olan bir şey, içi boş yerine bir deliği olan bir şey, aşağı yerine mıknatıslanmış bir şey, bunların hepsi bir bit.

— Birikme

Qubit bir sistemdir. Dönemi. Birisi, örneğin "bir qubit " diyorsa, bir durumda bir kübit kısaltılır . Qubit bir bilgi devleti değildir .

| ψ ⟩

$|\psi\rangle$

| ψ ⟩

$|\psi\rangle$

— kludg

@kludg: Gösterimle ilgili hangi hesabı vereceğinizi görmek ilginç olurdu ve kuantum hata düzeltmesi ve kuantum hata düzeltme kodunun mantıksal operatörleri ne yapar.

[[n, k, d]]

$[\! [n, k,d]\!]$

— Niel de Beaudrap