Kubit

Kubit – Podstawowe Informacje

Kubit (z ang. qubit, czyli bit kwantowy) jest najmniejszą jednostką informacji w świecie kwantowym. Różni się od klasycznego bitu tym, że może znajdować się w superpozycji dwóch stanów kwantowych. Najczęściej jako model kubitu wykorzystuje się cząstki o spinie ½, takie jak elektron, lub polaryzację fotonu. Innym przykładem kubitu może być kropka kwantowa.

Definicja Kubitu

Kubit jest reprezentowany w dwuwymiarowej przestrzeni Hilberta $H^2$ jako unormowany wektor:

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

Gdzie $\backslash alpha$ i $\backslash beta$ są amplitudami prawdopodobieństwa, spełniającymi warunek:

$|\backslash alpha|^2\; +\; |\backslash beta|^2\; =\; 1.$

Stan kubitu po pomiarze wynosi:

• Z prawdopodobieństwem $|\backslash alpha|^2$ w stanie $|0\backslash rangle$.
• Z prawdopodobieństwem $|\backslash beta|^2$ w stanie $|1\backslash rangle.$

Stany bazowe kubitu oznaczane są symbolami $|0\backslash rangle$ oraz $|1\backslash rangle$, których reprezentacje wektorowe to:

$|0\backslash rangle\; =\; \backslash begin\{bmatrix\}\; 1\; \backslash \backslash \; 0\; \backslash end\{bmatrix\},\; |1\backslash rangle\; =\; \backslash begin\{bmatrix\}\; 0\; \backslash \backslash \; 1\; \backslash end\{bmatrix\}.$

Pomiary Stanu Kubitu

Nie można określić wartości $\backslash alpha$ i $\backslash beta$ w pojedynczym pomiarze. Wymagane są wielokrotne pomiary na identycznie przygotowanych kubitach, aby uzyskać te wartości.

Rejestr Kwantowy

Zbiór kubitów tworzy rejestr kwantowy, który jest kluczowym elementem obliczeniowym komputera kwantowego. Po pomiarze stanu rejestru kwantowego, końcowe stany $|0\backslash rangle$ i $|1\backslash rangle$ są przypisywane odpowiednio do wartości 0 i 1.

Źródła

Informacje te mają swoje podstawy w pracy Benjamina Schumachera z 1995 roku oraz w literaturze dotyczącej optyki kwantowej.

• Christopher C. Gerry, Peter L. Knight, Wstęp do optyki kwantowej, Warszawa PWN 2007.