Qubit

Un qubit (q-bit, qubit, qubit; de bit cuántico ) es la unidad de información más pequeña en una computadora cuántica (análoga a un bit en una computadora convencional) utilizada para la computación cuántica .

El estado del qubit

Al igual que un bit , un qubit admite dos estados propios, denotados por y ( notación de Dirac ), pero también puede estar en su superposición . En el caso general, su función de onda tiene la forma , donde y se denominan amplitudes de probabilidad y son números complejos que satisfacen la condición . El estado de un qubit se representa convenientemente como una flecha en la esfera de Bloch .

Al medir el estado de un qubit, solo se puede obtener uno de sus estados propios [1] . Las probabilidades de obtener cada uno de ellos son, respectivamente , y . Por regla general [comentario 1] , al medir el estado de un qubit, este se destruye de forma irreversible, lo que no sucede al medir un bit clásico.

Enredo cuántico

Los qubits se pueden enredar entre sí. Dos o más qubits pueden tener entrelazamiento cuántico, y se expresa en presencia de una correlación especial entre ellos, lo que es imposible en los sistemas clásicos. Uno de los ejemplos más simples de entrelazamiento de dos qubits es el estado de Bell [1] :

La entrada denota el estado cuando ambos qubits están en el estado . El estado de Bell se caracteriza por el hecho de que al medir el primer qubit, son posibles dos resultados: 0 con una probabilidad de 1/2 y un estado final , y 1 con una probabilidad de 1/2 y un estado final . Como consecuencia, la medición del segundo qubit siempre da el mismo resultado que la medición del primer qubit, es decir, los datos de medición resultan estar correlacionados.

Cantidad de información

Mientras que n ceros y unos son suficientes para describir completamente un sistema de n bits clásicos, se necesitan (2 n - 1) números complejos para describir un sistema de n qubits. Esto se debe al hecho de que un sistema de n-qubits se puede representar [2] como un vector en un espacio de Hilbert de 2n dimensiones . De ello se deduce que un sistema de qubits puede contener exponencialmente más información que un sistema de bits.

Por ejemplo, se pueden escribir hasta dos bits de información de Shannon en un qubit usando codificación ultradensa , y se puede usar un sistema de n qubits para codificar 2n números, que se usa, por ejemplo, en el aprendizaje cuántico de máquinas [3] .

Sin embargo, se debe tener en cuenta que el aumento exponencial en el espacio de estado del sistema no conduce necesariamente a un aumento exponencial en el poder de cómputo debido a la complejidad de codificar y leer la información [2] [3] .

Historia

La palabra "qubit" fue introducida por Ben Schumacher del Kenyon College ( EE . UU .) en 1995 , y A. K. Zvezdin en su artículo sugirió la opción de traducción "q-bit" [4] . A veces también puede encontrar el nombre "quantbit".

Variaciones y generalizaciones

Una generalización del concepto de qubit es un qudit (Q-enc, cuenc; qudit), capaz de almacenar más de dos valores en un bit (por ejemplo, qutrit en inglés  qutrit  - 3, kuquadrit  - 4,... , cuenc  - n) [1] .

Notas

Fuentes

1. ↑ 1 2 3 Nielsen M., Chang I. Computación cuántica e información cuántica: Per. De inglés. — M.: Mir, 2006. 824 p. ISBN 5-03-003524-9
2. ↑ 1 2 Dorit Aharonov. Computación cuántica  // Revisiones anuales de física computacional VI. - MUNDO CIENTÍFICO, 1999-03-01. - T. Volumen 6 . — S. 259–346 . — ISBN 978-981-02-3563-5 . -doi : 10.1142 / 9789812815569_0007 . Archivado desde el original el 5 de junio de 2021.
3. ↑ 1 2 Schuld, María, Verfasser. Aprendizaje Supervisado con Computadores Cuánticos . - ISBN 3-319-96423-2 , 978-3-319-96423-2.
4. ↑ Anatoly Konstantinovich Zvezdin. Moléculas magnéticas y mecánica cuántica  // Priroda . - Ciencias , 2000. - T. N° 12 . (Ruso)

Comentarios

1. ↑ Por ejemplo, el estado de un qubit casi no se destruye en mediciones débiles , así como en mediciones no destructivas utilizadas en la corrección de errores cuánticos . Sin embargo, ninguno de estos métodos permite obtener información completa sobre el estado del qubit.

Enlaces

• Informática cuántica: ordenadores, comunicación y criptografía
• A. Kitaev, A. Shen, M. Vyaly . Computación Clásica y Cuántica . — M.: MTsNMO , 1999. 192 p.

diccionarios y enciclopedias	Gran catalán gran chino gran ruso Britannica (en línea)
En catálogos bibliográficos	TIERRA : 4842734-2