Bir kübit nedir?

"Kübit" nedir? Google bana bunun "kuantum biti" için başka bir terim olduğunu söylüyor. Fiziksel olarak "kuantum biti" nedir? Nasıl "kuantum"? Kuantum hesaplamada hangi amaca hizmet eder?

Not: İş adamları tarafından kolayca anlaşılabilecek bir açıklamayı tercih ederim; kuantum hesaplamaya özgü terimler tercihen nispeten basit terimlerle açıklanmalıdır.

Bu iyi bir soru ve benim görüşüme göre bir kübitin merkezinde. Gibi açıklama tarafından @Blue , bunun klasik bir olasılık dağılımı ile aynı olduğu gibi bu eşit bir süperpozisyon olabilir değil. Olumsuz belirtileri olabilir.

Bu örneği ele alalım. Biraz durumunda olduğunuzu ve bunu vektör olarak temsil ettiğinizi düşünün [ 1 0 ] ve daha sonra stokastik bir matrisle temsil edilebilecek bir bozuk para sayma işlemi uygularsınız [ 0,5 0,5 0,5 0,5 ] Bu klasik bir karışım oluşturur [ 0,5 0,5 ] . Bunu iki kez uygularsanız, yine de klasik bir karışım olacaktır [ 0.5 0.5 ] .$0$$\begin{bmatrix}1 \\0 \end{bmatrix}$$\begin{bmatrix}0.5 & 0.5 \\0.5 & 0.5 \end{bmatrix}$$\begin{bmatrix}0.5 \\0.5 \end{bmatrix}$$\begin{bmatrix}0.5 \\0.5 \end{bmatrix}$

Şimdi kuantum durumda gidip bir QuBit ile başlayalım tekrar ile temsil edilir duruma [ 1 0 ] . Kuantumda işlemler, U † U = I özelliğine sahip birimsel bir matris ile temsil edilir . Bir kuantum madeni para flip eylemini temsil eden en basit ünite Hadamard matrisidir [ $0$$\begin{bmatrix}1 \\0 \end{bmatrix}$$U^\dagger U = I$burada ilk sütun bir işlemden sonra durumu| +⟩=[$\begin{bmatrix}\sqrt{0.5} & \sqrt{0.5} \\\sqrt{0.5} & -\sqrt{0.5} \end{bmatrix}$, ikinci sütun[$|+\rangle =\begin{bmatrix}\sqrt{0.5} \\\sqrt{0.5} \end{bmatrix}$burada| a| 2=1/2,| b| 2=1/2vebirb*=-1/2. Bunun çözümüa=$\begin{bmatrix}\sqrt{0.5} & a \\\sqrt{0.5} & b \end{bmatrix}$$|a|^2 = 1/2$$|b|^2 = 1/2$$ab^* = -1/2$veb=-a.$a =\sqrt(0.5)$$b=-a$

Şimdi aynı deneyi yapalım. Bir kez uygulanması ve biz (standart bazda) ölçüldüğü takdirde yarım saati 0 ve kuantum diğer 1 (hatırlama alacağıDoğum kuralolan P(i)=|⟨i|ψ⟩|2ve hepimiz kare neden ihtiyaç kökler). Yani yukarıdaki gibidir ve rastgele bir sonucu vardır.$\begin{bmatrix}\sqrt{0.5} \\\sqrt{0.5} \end{bmatrix}$$P(i) = |\langle i|\psi\rangle|^2$

İki kez uygulayalım. Şimdi alacağız . Olumsuz işaret, 1 sonucu gözlemleme olasılığını ve buna müdahale olarak adlandırdığımız bir fizikçiyi iptal eder. Vektörlerin pozitif ve gerçek kalması gereken olasılık teorisi ile açıklanamayan kuantum durumlarda elde ettiğimiz bu negatif sayılardır.$\begin{bmatrix} 0.5+0.5 \\0.5-0.5\end{bmatrix}$

Bunu n qubits'e genişletmek size simüle etmenin etkili yollarını bulamadığımız üslü bir teori verir.

Bu sadece benim görüşüm değil. Ben Scott Aaronson tarafından yapılan görüşmelerde görüldüğünü gördüm ve bence kuantumun “Eksi İşaretlerle Olasılık teorisi” (Scott'ın bir alıntısı) olduğunu söylemek en iyisidir.

Kuantumu açıklamak için verdiğim slaytları ekliyorum (cevapta slayt olması standart değilse, kavramları aşmak için matematiği yazmaktan mutluluk duyarım)

Muhtemelen bunu daha fazla genişleteceğim (!) Ve zamanım olduğu gibi resim ve bağlantılar ekleyeceğim, ama işte bu benim ilk çekimim.

Çoğunlukla matematiksiz açıklama

Özel bir bozuk para

Normal bitleri düşünerek başlayalım. Bu normal bitin bir sikke olduğunu düşünün, kafa veya kuyruk olarak çevirebiliriz. "1" e eşit olan kafaları ve "0" kuyruklarını arayacağız. Şimdi bu bozuk parayı çevirmek yerine, onu döndürebileceğimizi hayal edin - 45${}^\circ$$^\circ$$^\circ$

Ama yakalama nedir? Söylediği gibi ücretsiz öğle yemeği diye bir şey yoktur. Madeni paraya baktığımda, hangi durumda olduğunu görmek için, olasılık temelinde kafa veya kuyruk olur - ona bakmak için iyi bir yol kafalara daha yakınsa, bakıldığında kafa olma olasılığı daha yüksektir, ve tam tersi, başa yakın madalyonun bakıldığında kuyruk haline gelme şansı olsa da.

Ayrıca, bu özel madeni paraya baktığımda, daha önce içinde bulunan bilgilere tekrar erişilemez. Shakespeare madeni parama baktığımda, sadece kafaları veya kuyrukları alıyorum ve uzağa baktığımda, baktığımda hala gördüğüm şey bu - sihirli bir şekilde Shakespeare madeni parasına dönmüyor. Burada, Blue'nun yorumlarda belirttiği gibi,

Günümüz teknolojisindeki büyük ilerleme göz önüne alındığında, havaya fırlatılan bir madalyonun tam yönelimini izlemekten alıkoyan hiçbir şey yok. Mutlaka “içine bakmak” yani durmak ve “kafa” ya da “kuyruk” olarak düşüp düşmediğini kontrol etmek zorunda değilim.

Bu "izleme" ölçüm olarak sayılır. Bu madalyonun başlangıç ​​durumunu görmenin bir yolu yoktur. Yok, nada, zilch. Bu normal bir madeni paradan biraz farklı, değil mi?

Yani Shakespeare'in tüm eserlerini madeni paramızda kodlamak teorik olarak mümkündür, ancak bu bilgilere asla gerçekten erişemeyiz, bu yüzden çok yararlı değil.

Burada küçük bir matematiksel merak var, ama bununla nasıl bir şey yapabiliriz?

Klasik mekanikle ilgili problem

Bir dakika sonra bir adım geriye gidip bir bataklığa geçelim. Size bir top atarsam ve yakalarsanız, temelde o topun hareketini tam olarak modelleyebiliriz (tüm parametreler verilir). Yörüngesini Newton yasalarıyla analiz edebilir, akışkanlar mekaniğini kullanarak ( türbülans yoksa) havadaki hareketini bulabiliriz vb.

Bizi küçük bir deney yapalım. İçinde iki yarıklı bir duvar ve o duvarın arkasında başka bir duvar var. Ön taraftaki tenis topu atıcılarından birini kurdum ve tenis topları atmasına izin verdim. Bu arada, tüm tenis toplarımızın nerede bittiği arka duvara işaretliyim. Bunu işaretlediğimde, beklediğiniz gibi, iki yarığın hemen arkasındaki verilerde net "tümsekler" var.

Şimdi, tenis topu atıcımızı gerçekten küçük parçacıklar çıkaran bir şeye değiştiriyorum. Belki bir lazerim var ve fotonların nereye baktığını görüyoruz. Belki bir elektron silahım var. Her neyse, bu atom altı parçacıkların tekrar nerelere geldiğine bakıyoruz. Bu sefer, iki tümseği almıyoruz, bir müdahale modeli elde ediyoruz.

Bu size tanıdık geliyor mu? Bir havuzun yanına iki çakıl taşı bıraktığınızı düşünün. Şimdi tanıdık geldi mi? Bir havuzdaki dalgalanmalar birbirine karışır . İptal ettikleri noktalar ve daha büyük şiştikleri noktalar var, güzel desenler yapıyorlar. Şimdi, parçacıkları çeken bir girişim modeli görüyoruz . Bu parçacıkların dalga benzeri davranışları olmalıdır. Belki de hep yanıldık. (Buna çift ​​yarık denimi denir .) Üzgünüm, elektronlar parçacıklar değil, dalgalardır.

Dışında ... onlar da parçacık. Katot ışınlarına (vakum tüplerindeki elektron akımları) baktığınızda, oradaki davranış elektronların bir parçacık olduğunu açıkça gösterir. Vikipedi teklif etmek için:

Bir dalga gibi, katot ışınları düz çizgilerle seyahat eder ve nesneler tarafından engellendiğinde bir gölge üretir. Ernest Rutherford, ışınların bir parçacıktan beklenen davranış olan ince metal folyolardan geçebileceğini gösterdi. Bu çelişkili özellikler onu dalga ya da parçacık olarak sınıflandırmaya çalışırken bozulmalara neden oldu [...] JJ Thomson tarafından ışınları saptırmak için bir elektrik alanı kullanıldığında tartışma çözüldü. Bu, ışınların parçacıklardan oluştuğunun kanıtıydı, çünkü bilim adamları elektromanyetik dalgaları elektrik alanıyla saptırmanın imkansız olduğunu biliyorlardı.

Yani ... ikisi de . Daha doğrusu, tamamen farklı bir şeydir. Bu fizikçilerin yirminci yüzyılın başında gördüğü birkaç bulmacadan biri. Diğerlerinden bazılarına bakmak isterseniz, kara cisim radyasyonuna veya fotoelektrik etkiye bakın .

Sorunu ne düzeltti - kuantum mekaniği

Bu sorunlar, ileri geri attığımız topun hareketini hesaplamamıza izin veren yasaların gerçekten küçük ölçekte çalışmadığını fark etmemize neden oluyor. Böylece yeni bir yasalar dizisi geliştirildi. Bu yasalara, arkasındaki büyük fikirlerden birinin ardından kuantum mekaniği deniyordu - kuant denilen temel enerji paketlerinin varlığı.

Fikir size sadece .00000000000000000000000000 artı bir demet daha fazla sıfır veremem 1 Joule enerji - size verebileceğim minimum enerji miktarı var. Para birimi sistemlerinde, size bir dolar veya bir kuruş verebilirim, ama (Amerikan parasında, zaten) Sana bir "yarım kuruş" veremem. Yok. Enerji (ve diğer değerler) bazı durumlarda böyle olabilir. (Tüm durumlar ve bu bazen klasik mekaniğin oluşabilir - ayrıca bkz bu ; bu işaret için Mavi sayesinde.)

Her neyse, bu yeni yasalar kümesini, kuantum mekaniğini aldık. Ve bu yasaların gelişimi tamamlanmış olsa da, tamamen doğru olmasa da (bkz. Kuantum alan teorileri, kuantum yerçekimi), ancak gelişimlerinin tarihi ilginçtir. Kuantum mekaniğinin dalga denklemi formülasyonunu ortaya çıkaran kedi öldüren ( belki? ) Şöhretli Schrodinger adamı vardı . Ve bu, birçok fizikçi tarafından tercih edildi, çünkü bir şeyleri hesaplamanın klasik yoluna benziyordu - integraller ve hamiltonyalılar vb.

Başka bir adam, Heisenberg, matris mekaniği denilen bir parçacık kuantum-mekanik olarak durumunu hesaplamanın tamamen farklı bir yolunu buldu. Yine başka bir adam, Dirac, matris mekanik ve dalga denklemi formülasyonlarının eşit olduğunu kanıtladı.

Öyleyse şimdi, meseleleri tekrar değiştirmeliyiz - matrisler ve arkadaş vektörleri nedir?

Vektörler ve matrisler - ya da umarım ağrısız bazı lineer cebirler

$^2$

Yani bu vektörlere sahibiz. Onlarla ne tür matematik yapabilirim? Bir vektörü nasıl manipüle edebilirim? Vektörleri germek, küçültmek (kesirse) veya çevirmek (negatifse) gibi 3 veya 2 gibi normal bir sayı ile çarpabilirim (bunlar skaler olarak adlandırılır). Vektörleri kolayca ekleyebilir veya çıkarabilirim - (6, 5) eşit bir vektör (2, 3) + (4, 2) varsa. Ayrıca burada girmeyeceğimiz nokta ürünler ve çapraz ürünler olarak adlandırılan şeyler de var - bunlardan herhangi biriyle ilgileniyorsanız, 3blue1brown'un çok erişilebilir, aslında nasıl yapılacağını öğreten ve harika bir yol olan lineer cebir serisine bakın. bu şeyleri öğrenmek için.

$\hat{i}$$\hat{j}$$\sqrt{-1} = i$

Sonra yeni koordinat sistemimizde i-hat ve j-hat'ın nerede olduğunu görüyoruz. Matrisimizin ilk sütununa i-hat'ın yeni koordinatlarını ve ikinci sütuna j-hat'ın yeni koordinatlarını yazıyoruz. Şimdi bu matrisi herhangi bir vektörle çarpabilir ve bu vektörü yeni koordinat sistemine alabiliriz. Bunun nedeni, vektörleri doğrusal kombinasyonlar adı verilen şekilde yeniden yazabilmenizdir. Bu demek oluyor ki, (2, 3) 'i 2 * (1, 0) + 3 * (0, 1) - yani 2 * i-hat + 3 * j-hat olarak yeniden yazabiliriz. Bir matris kullandığımızda, bu skalerleri "yeni" i-şapka ve j-şapka ile etkili bir şekilde yeniden çoğaltırız. Yine, eğer ilgileniyorsanız, 3blue1brown'un videolarına bakın. Bu matrisler birçok alanda çok kullanılır, ancak matris mekaniğinin adı buradan gelir.

Hepsini bir araya getirmek

Şimdi matrisler, koordinat düzünün dönüşlerini temsil edebilir veya koordinat düzlemini veya bir dizi başka şeyi gerebilir veya daraltabilir. Ama bu davranışın bir kısmı ... tanıdık geliyor, değil mi? Küçük özel madeni paramız buna benziyor. Bu rotasyon fikrimiz var. Ya yatay durumu i-hat, dikey durumu j-hat ile temsil edersek ve madalyonumuzun dönüşünün doğrusal kombinasyonları ne kullandığını açıklarsak? Bu işe yarar ve sistemimizi tarif etmeyi çok daha kolay hale getirir. Böylece küçük paramız lineer cebir kullanılarak tanımlanabilir.

Başka ne lineer cebir olarak tanımlanabilir ve garip olasılıkları ve ölçümleri vardır? Kuantum mekaniği. (Özellikle, bu lineer kombinasyonlar fikri, süperpozisyon denen bir fikir haline gelir; bu, tüm fikrin, gerçekten doğru olmadığı noktaya kadar basitleştirildiği, "aynı anda iki durumun" geldiği yerdir.) Yani bu özel paralar kuantum mekanik nesneler olabilir. Kuantum mekanik nesneler nelerdir?

• fotonlar
• süperiletkenler
• Bir atomdaki elektron enerji durumları

Diğer bir deyişle, ayrık enerji (kuant) davranışına sahip olan, aynı zamanda bir dalga gibi davranabilen - birbirleriyle etkileşime girebilir vb.

Bu özel kuantum mekanik paralarımız var. Onlara ne demeliyiz? Bit gibi bir bilgi durumu depolarlar ... ama kuantumdur. Onlar kübit. Şimdi ne yapacağız? İçlerinde depolanan bilgileri matrislerle (ahem, kapılar) manipüle ediyoruz. Sonuç almak için ölçüm yapıyoruz. Kısacası, hesaplıyoruz.

Şimdi, bir kübitte sonsuz miktarda bilgiyi kodlayamadığımızı ve hala erişemeyeceğimizi biliyoruz ("shakespeare coin'imizdeki notlara bakınız), o zaman kübitin avantajı nedir? Bu ekstra bilgi parçalarının diğer tüm kubitleri (tekrar süperpozisyon / doğrusal kombinasyon fikri) etkileyebileceği gerçeği ortaya çıkar, bu da daha sonra cevabınızı etkiler - ancak kullanımı çok zordur, bu yüzden orada çok az kuantum algoritmasıdır.

Normal madeni paraya karşı özel madeni para - ya da bir kübiti farklı kılan nedir?

Yani ... bu kübit var. Ama Mavi harika bir noktaya değiniyor.

$\frac{1}{\sqrt{2}}|0\rangle + \frac{1}{\sqrt{2}}|1\rangle$

Birkaç farklılık vardır - ölçümün çalışma şekli (dördüncü paragrafa bakın), bu tüm süperpozisyon fikri - ancak tanımlayıcı fark (Mithrandir24601 bunu sohbette işaret etti ve katılıyorum) Bell eşitsizliklerinin ihlalidir.

Hadi başka bir yol izleyelim. Kuantum mekaniği geliştirilirken büyük bir tartışma vardı. Einstein ve Bohr arasında başladı. Schrodinger'in dalga teorisi geliştirildiğinde, kuantum mekaniğinin olasılıksal bir teori olacağı açıktı. Bohr, bu olasılıklı dünya görüşü hakkında bir makale yayınladı.

Burada determinizmin tüm sorunu ortaya çıkıyor. Kuantum mekaniğimiz açısından, her bir durumda çarpışmanın sonucunu nedensel olarak sabitleyen bir miktar yoktur; aynı zamanda deneysel olarak şimdiye kadar atomun çarpışma için kesin bir sonucu şart koşan bazı içsel özellikler olduğuna inanmak için hiçbir nedenimiz yok. Daha sonra bu tür özellikleri keşfetmeyi ve bunları münferit durumlarda belirlemeyi ummalıyız? Yoksa teorik ve deney anlaşmasının - nedensel bir evrim için koşulların reçete edilmesinin imkansızlığı konusunda - bu tür koşulların yokluğu üzerine kurulmuş, önceden belirlenmiş bir uyum olduğuna inanmalıyız? Ben de atom dünyasında determinizmden vazgeçmeye meyilliyim. Ancak bu, yalnızca fiziksel argümanların belirleyici olmadığı felsefi bir sorudur.

Determinizm fikri bir süredir varlığını sürdürüyor. Belki de konuyla ilgili daha ünlü alıntılardan biri, Laplace'dan

Belli bir anda, doğayı harekete geçiren tüm güçleri ve doğanın oluşturduğu tüm öğelerin tüm konumlarını bilecek bir akıl, eğer bu akıl da bu verileri analize sunacak kadar geniş olsaydı, tek bir formülde kucaklaşacaktı evrenin en büyük bedenlerinin ve en küçük atomun hareketlerinin hareketleri; böylesi bir akıl için hiçbir şey belirsiz olmayacak ve tıpkı geçmişin gözü önünde gelecek gibi olmayacaktı.

Determinizm fikri, mevcut bir durum hakkında bilmeniz gereken her şeyi biliyorsanız ve sahip olduğumuz fiziksel yasaları uygularsanız, geleceği (etkili bir şekilde) anlayabilirsiniz. Ancak, kuantum mekaniği bu fikri olasılıkla yok eder. "Ben kendim atom dünyasında determinizmden vazgeçmeye meyilliyim." Bu çok büyük bir anlaşma!

Albert Einstein'ın ünlü yanıtı:

Kuantum mekaniği dikkate değer. Ama iç ses bana bunun henüz doğru yol olmadığını söylüyor. Teori çok verim veriyor, ama bizi Eski Olan'ın sırlarına yaklaştırmıyor. Her halükarda, zar oynamadığına inanıyorum.

(Bohr'un yanıtı görünüşe göre "Tanrı'ya ne yapacağını söylemeyi bırak" ama yine de.)

Bir süre tartışma vardı. Gizli olasılık teorileri ortaya çıktı, sadece olasılık değildi - parçacığın ölçüldüğünde ne olacağını "bilmesi" bir yol vardı; hepsi şans eseri değildi. Ve sonra Bell eşitsizliği vardı. Vikipedi teklifi yapmak için,

En basit haliyle, Bell teoremi

Yerel gizli değişkenlerin hiçbir fiziksel teorisi, kuantum mekaniğinin tüm tahminlerini asla üretemez.

Ve bunu deneysel olarak kontrol etmenin bir yolunu sağladı. Bu doğru - saf olasılık. Bu klasik bir davranış değil. Üst üste binme yoluyla diğer şansları etkileyen ve daha sonra ölçümden sonra (Kopenhag yorumunu izlerseniz) tek bir duruma "çöken" tüm şans, şanstır. Özetlemek gerekirse: ilk olarak, ölçüm kuantum mekaniğinde temelde farklıdır ve ikincisi, kuantum mekaniğinin deterministik olmadığıdır. Bu noktaların her ikisi de, bir kübit de dahil olmak üzere herhangi bir kuantum sisteminin, herhangi bir klasik sistemden temel olarak farklı olacağı anlamına gelir.

Küçük bir sorumluluk reddi

Xkcd akıllıca işaret ettiği gibi, herhangi bir benzetme yaklaşıktır. Bu cevap hiç resmi değil ve bu konuda çok daha fazlası var. Bu cevaba biraz daha resmi (yine de tamamen resmi olmasa da) bir açıklama eklemeyi umuyorum, ancak lütfen bunu aklınızda bulundurun.

kaynaklar

• Nielsen ve Chuang, Kuantum Hesaplama ve Kuantum Bilgisi. Kuantum hesaplama İncil.

• 3blue1brown'un lineer cebir ve matematik dersleri matematik için mükemmeldir.

• Michael Nielsen (evet, yukarıdaki ders kitabında ortak yazar olan), Determin için Quantum Computing adlı bir video dizisi var. 10/10 tavsiye ederim.

• quirk, oynayabileceğiniz bir kuantum bilgisayarın harika küçük bir simülatörüdür.

• Bir süre önce bu konuda bazı blog yazıları yazdım (yazımı okumayı umursamıyorsanız, bu çok iyi değil), burada temel bilgilerden başlayıp üzerinde çalışmaya çalışır.

01$|0\rangle$$|1\rangle$

$\alpha$$\beta$$|\psi_0 \rangle$

$Z$010$\alpha^2$1$\alpha^2$$\alpha^2+\beta^2=1$

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

$|\psi_0\rangle$$|0\rangle$$|1\rangle$$|\psi_0\rangle$

$|\psi_0\rangle$$|\psi_1\rangle$$|\psi_0\rangle$$|\psi_1\rangle$$|0\rangle$$|1\rangle$$|\psi_0\rangle$$|\psi_1\rangle$

$|0\rangle$$|1 \rangle$

$n$$2^n$$n$

Ancak bunun nasıl çalıştığına gelince, sizi bu Stack Exchange'deki soruların ve cevapların geri kalanına yönlendirmem gerekecek.

Fiziksel olarak "kuantum biti" nedir? Nasıl "kuantum"?

Öncelikle klasik bitlerden örnekler vereyim:

• CPU'da: düşük voltaj = 0, yüksek voltaj = 1
• Sabit diskte: Kuzey mıknatısı = 0, Güney mıknatısı = 1
• Kütüphane kartınızdaki bir barkodda: İnce çubuk = 0, Kalın çubuk = 1
• DVD'de: Diskte derin mikroskopik bir çukur olmaması = 0, Durum = 1

Her durumda arasında bir şey olabilir:

• "Düşük voltaj" 0 mV ve "yüksek voltaj" 1 mV ise, 0,5 mV orta voltaja sahip olabilirsiniz
• Kuzey Batı gibi herhangi bir yönde polarize edilmiş bir mıknatısınız olabilir.
• Barkodda herhangi bir genişliğe sahip satırlarınız olabilir
• DVD yüzeyinde çeşitli derinliklerde çukurlar olabilir

Kuantum mekaniğinde işler sadece "quanta" adı verilen "paketlerde" bulunabilir. "Quanta" nın tekili "kuantum" dur . Bu, barkod örneği için, eğer ince çizgi bir "kuantum" ise, kalın çizgi ince çizginin (iki quanta) boyutunun iki katı olabilir , ancak ince çizginin kalınlığının 1.5 katı olamaz . Eğer Kütüphane kartı bakarsanız bunu fark edecektir olabilir Eğer barkod bitleri qubits değildir bir nedeni olan istiyorsanız ince çizgilerin kalınlığı 1,5 katı büyüklüktedir çizgiler çizmek.

Kuantum mekaniği yasalarının 0 ile 1 arasında hiçbir şeye izin vermediği bazı şeyler vardır, bazı örnekler aşağıdadır:

• bir elektronun spini : Yukarı (0) veya aşağı (1), ama arada olamaz.
• Bir elektronun enerji seviyesi : 1. seviye 0, 2. seviye 1, 1.5. seviye diye bir şey yoktur

Size bir kübitin fiziksel olarak ne olabileceğine dair iki örnek verdim: bir elektronun dönüşü veya bir elektronun enerji seviyesi.

Kuantum hesaplamada hangi amaca hizmet eder?

$n$$2^n$

Bir kübit (kuantum bit), 2 boyutlu bir kompleks vektör uzayıyla ("içinde yaşar") tam olarak tanımlanabilen bir kuantum sistemidir.

$|0\rangle$$|1\rangle$$|0\rangle$$|1\rangle$$|0\rangle$$|1\rangle$

Hesaplamalar yapmak için, bir veya iki kubit üzerinde etkili olan "tam" bir işlem seti de indükleyebilmeniz gerekir. Bir operasyon başlatmazsanız, kübitler birbirleriyle etkileşime girmemelidir. Çevre ile etkileşim bastırılmadıkça, kübitler birbirleriyle etkileşime girecektir.

Klasik bir bit, bu arada, bir kübitten çok daha basittir. Boole değişkeni ile tanımlanabilen bir sistemdir

Kuantum teknolojilerinde (fotonlar, atomlar, vb.) Gözlemlediğimiz tek şey bitlerdir (ya 0 ya da 1).

Özünde, hiç kimse kuantum bitinin ne olduğunu gerçekten bilmiyor. Bazı insanlar bunun "hem" 0 ve 1 "bir nesne olduğunu söylüyor; diğerleri bunun paralel evrenlerle ilgili şeyler olduğunu söylüyor; fakat fizikçiler bunun ne olduğunu bilmiyorlar ve ispatlanmamış yorumlarla ortaya çıktılar.

Bu “karışıklığın” nedeni iki faktörden kaynaklanmaktadır:

(1) Kuantum teknolojisinin normal bitler açısından düşünülmesiyle açıklanamayan dikkate değer görevler elde edilebilir. Bu yüzden "kuantum" biti etiketlediğimiz bazı ekstra unsurlar olmalıdır. Ama işte kritik parça: bu ekstra "kuantum" element doğrudan tespit edilemez; sisteme "baktığımızda" tek gözlemlediğimiz normal bitlerdir.

(2) Bu ekstra "kuantum" şeyleri "görmenin" bir yolu matematiktir. Bu nedenle, bir kübitin geçerli bir tanımı matematikseldir ve bunun her çevirisi henüz kanıtlanmamış bir yorumdur.

Özetle, hiç kimse kuantum bitlerinin ne olduğunu bilmiyor. Kuantum teknolojilerinde "kuantum" bit olarak etiketlediğimiz bitlerden daha fazlası olduğunu biliyoruz. Şimdiye kadar, tek geçerli (ancak tatmin edici olmayan) açıklama matematikseldir.

Umarım yardımcı olur.