Jaka jest różnica między bitem qubit a bitem klasycznym?

Jak rozumiem, główna różnica między komputerami kwantowymi i nie kwantowymi polega na tym, że komputery kwantowe używają kubitów, podczas gdy komputery nie kwantowe używają (klasycznych) bitów.

Jaka jest różnica między kubitami a bitami klasycznymi?

physical-qubit

— MEE - Przywróć Monikę
źródło

Bit to binarna jednostka informacji używana w klasycznym obliczeniu. Może to zająć dwie możliwe wartości, zwykle przyjmowane jako lub . Bity mogą być implementowane za pomocą urządzeń lub systemów fizycznych, które mogą znajdować się w dwóch możliwych stanach. $0$ $1$

Porównać i bity z qubitach, pozwalają na wprowadzenie wektora do zapisu bitów w następujący sposób: bit jest reprezentowany przez wektor kolumnie z dwóch elementów , gdzie podpórek i o . Teraz bit jest reprezentowany przez wektor a bit o . Tak jak poprzednio, istnieją tylko dwie możliwe wartości. $(\alpha,\beta)^T$ $\alpha$ $0$ $\beta$ $1$ $0$ $(1,0)^T$ $1$ $(0,1)^T$

Chociaż tego rodzaju reprezentacja jest zbędna w przypadku klasycznych bitów, teraz łatwo jest wprowadzić kubity: kubit jest po prostu dowolnym którym elementy liczby zespolonej spełniają warunek normalizacji . Warunek normalizacji jest niezbędny do interpretacji i $(\alpha,\beta)^T$ $|\alpha|^2+|\beta|^2=1$ $|\alpha|^2$ $|\beta|^2$ jako prawdopodobieństwa wyników pomiarów, jak się okaże. Niektórzy nazywają kubit jednostką informacji kwantowej. Kubity mogą być implementowane jako (czyste) stany urządzeń kwantowych lub układów kwantowych, które mogą znajdować się w dwóch możliwych stanach, które będą tworzyć tak zwaną podstawę obliczeniową, a dodatkowo w spójnym ich superpozycji. Tutaj quantumness jest konieczne, aby qubitów innych niż klasyczne i . $(1,0)^T$ $(0,1)^T$

Zwykłe operacje wykonywane na kubitach podczas obliczeń kwantowych to bramki kwantowe i pomiary. Bramka kwantowa (pojedynczy kubit) przyjmuje jako wejście kubit i daje jako wynik kubit, który jest liniową transformacją kubita wejściowego. Podczas korzystania z powyższej notacji wektorowej dla kubitów, bramki powinny być reprezentowane przez macierze, które zachowują warunki normalizacji; takie macierze nazywane są macierzami jednolitymi. Klasyczne bramki mogą być reprezentowane przez matryce, które utrzymują bity jako bity, ale zauważmy, że matryce reprezentujące bramki kwantowe zasadniczo nie spełniają tego wymogu.

Pomiar na bicie jest rozumiany jako klasyczny. Rozumiem przez to, że nieznaną a priori wartość bitu można w zasadzie poprawnie ustalić z całą pewnością. Nie jest tak w przypadku kubitów: pomiar ogólnego kubitu w podstawie obliczeniowej spowoduje z prawdopodobieństwem i w $(\alpha,\beta)^T$ $[ (1,0)^T,(0,1)^T]$ $(1,0)^T$ $|\alpha|^2$ z prawdopodobieństwem . Innymi słowy, chociaż kubity mogą znajdować się w stanach innych niż obliczeniowe stany bazowe przed pomiarem, pomiary mogą nadal mieć tylko dwa możliwe wyniki. $(0,1)^T$ $|\beta|^2$

Z bitem lub kubitem niewiele można zrobić . Pełna moc obliczeniowa każdego z nich pochodzi z użycia wielu, co prowadzi do ostatecznej różnicy między nimi, która zostanie tutaj omówiona: wiele kubitów może zostać splątanych. Mówiąc nieformalnie, splątanie jest formą korelacji znacznie silniejszą niż klasyczne systemy. Razem superpozycja i splątanie pozwalają na projektowanie algorytmów realizowanych za pomocą kubitów, których nie da się zrobić za pomocą bitów. Największe zainteresowanie budzą algorytmy pozwalające na wykonanie zadania o zmniejszonej złożoności obliczeniowej w porównaniu z najlepiej znanymi algorytmami klasycznymi.

Przed zakończeniem należy wspomnieć, że kubit można symulować za pomocą bitów (i odwrotnie ), ale liczba wymaganych bitów szybko rośnie wraz z liczbą kubitów. W związku z tym bez niezawodnych komputerów kwantowych algorytmy kwantowe mają jedynie teoretyczne znaczenie.

— Kiro
źródło