Czy qsphere jest rzeczywistym terminem reprezentującym 5 kubitów?

Jestem totalnym początkującym, zostałem tu wprowadzony przez polecany post na blogu stackoverflow, więc zacząłem studiować.

Oglądając ten film na youtube ( Przewodnik dla początkujących po komputerach kwantowych (3:58 ), zobaczyłem ten slajd, w którym mówi o superpozycji:

Na początku myślałem, że oprócz kubitów, które mogą znajdować się w superpozycji 0 i 1, istnieje także qsphere, która może być w superpozycji 5 zer i 5 jedynek, podczas gdy w rzeczywistości jest to zaledwie 5 kubitów.

Kiedy mówimy qsphere, wiadomo, że jest to 5 kubitów?

Qsphere jest sposobem reprezentowania stanów wielu kubitów. Można go więc zastosować do 5 stanów kubitowych, ale można go również użyć do dowolnej innej liczby.

Można go również użyć tylko do jednego kubita. Ale w tym przypadku należy zauważyć, że pojedyncza qubitowa kula nie jest tym samym co sfera Blocha , która jest naszym standardowym sposobem reprezentowania pojedynczych qubitowych stanów.

Zamiast tego qsphere jest zasadniczo bardziej atrakcyjną wizualnie wersją histogramu. Został wprowadzony przez IBM jako wizualizacja dla Quantum Experience, ale wydaje się, że nie jest już przez nich tak często używany.

Aby skonstruować qsphere stanu, musisz pomyśleć o histogramie, który uzyskasz, mierząc w podstawie . Załóżmy na przykład, że mam stan 4 kubitów, który dałby mi wyniki$|0 \rangle,|1 \rangle$

{'0000':0.5, '0101':0.25, '0011:'0.125, '0111':0.125}

Tutaj ciąg bitów 0000wychodzi z prawdopodobieństwem i tak dalej.$0.5$

Na qsphere byłyby reprezentowane przez cztery punkty: po jednym dla każdego z niezerowych prawdopodobieństw. Szerokości geograficznej punktów zależy od liczby 0S i 1S w ciągu bitów. Nasz wynik, który ma wszystkie 0s, byłby na biegunie północnym. Nasze 0111, w większości 1s, byłyby blisko bieguna południowego. Oba wyniki 0101i 0011że mamy w naszym przykładzie byłoby na równiku.

Prawdopodobieństwo jest reprezentowane przez siłę linii. Dwie z prawdopodobieństwem tylko będą miały dość słabe linie. Ten z prawdopodobieństwem miałby znacznie grubszą linię. Ci z byliby gdzieś pośrodku.$0.125$$0.5$$0.25$

Do tej pory przedstawiliśmy wszystkie aspekty histogramu, ale nie zawarliśmy żadnych informacji o fazie, które może mieć również stan. Można to zakodować za pomocą koloru punktów. Kula ma wtedy wszystkie informacje o stanie wielu kubitów.

Aby zobaczyć, dlaczego nie jest to najładniejsza wizualizacja, wyobraź sobie wykonanie bramy Hadamarda. Przekształca to informacje o szerokości i długości geograficznej w kolory i odwrotnie. Mimo że jest prostą bramą, miałby bardzo złożony efekt.

Ale z drugiej strony, jaka wizualizacja wielu kubitów nie ma swoich słabości? Gdyby łatwo było je zwizualizować, łatwo byłoby je zasymulować. I wtedy nie musielibyśmy budować komputerów kwantowych.

Czy qsphere jest rzeczywistym terminem reprezentującym 5 kubitów?

Jeśli tak, to nie jest szeroko stosowane.

Twierdzę o tym, ponieważ rozejrzałem się w arXiv , repozytorium elektronicznych wydruków artykułów naukowych, i nic nie znalazłem. Istnieje jednak wiele innych jednostek informacji kwantowej niż tylko kubit. Wszystkie poniższe pozycje pojawiają się przynajmniej sporadycznie w odpowiedniej literaturze.

• Qubit ma obliczeniową podstawę dwóch stanów i może być implementowany przez dwupoziomowy układ kwantowy.

• Qutrit ma obliczeniowe podstawy trzech stanów.

• Ququart jest (rzadkim) terminem używanym przez niektórych i ma podstawę czterech.
• Qudit jest powszechnym terminem. To wymiarowa uogólnienie z qubitu. Często jest nieokreślony i są one używane przy porównywaniu efektu zastosowania różnych jego wartości.$d$$d$
• Qumode jest znów nieco rzadziej używanym terminem w obliczeniach kwantowych o zmiennej zmiennej, gdzie obecnie, nieformalnie, podstawa ma nieskończenie wiele elementów.