imported>Gromolyak: /* Состояние кубита */

2025-06-23T04:48:04Z

Состояние кубита

Новая страница

{{о|античной мере длины|Древние единицы измерения}}
[[Файл:Bloch_Sphere.svg|мини|Представление кубита в виде [[Сфера Блоха|сферы Блоха]]. Амплитуды вероятностей в тексте считаются как <math> A = \cos\left(\frac{\theta}{2}\right) </math> и <math> B = e^{i \phi} \sin\left(\frac{\theta}{2}\right) </math>]]

'''Куби́т''' (q-бит, кьюбит, кубит; от ''quantum bit'') — наименьшая единица [[квантовая память|информации]] в [[квантовый компьютер|квантовом компьютере]] (аналог [[бит]]а в обычном компьютере), использующаяся для [[Квантовые вычисления|квантовых вычислений]].

== Состояние кубита ==
Как и [[бит]], кубит допускает два собственных состояния, обозначаемых <math>|0 \rangle </math> и <math>|1 \rangle </math> ([[обозначения Дирака]]), но при этом может находиться и в их [[Квантовая суперпозиция|суперпозиции]]. В общем случае его [[волновая функция]] имеет вид <math>A|0 \rangle + B|1 \rangle </math>, где <math>A</math> и <math>B</math> называются [[Статистическая интерпретация волновой функции|амплитудами вероятностей]] и являются [[комплексное число|комплексными числами]], удовлетворяющими условию <math>|A|^2 + |B|^2 = 1</math>. Состояние кубита удобно представлять как стрелку на [[Сфера Блоха|сфере Блоха]].

При [[Измерение (квантовая механика)|измерении]] состояния кубита можно получить лишь одно из его собственных состояний<ref name=":0" />. [[Вероятность|Вероятности]] получить каждое из них равны соответственно <math>|A|^2</math> и <math>|B|^2</math>. Как правило<ref group="комментарий">Например, состояние кубита почти не разрушается при [[Слабое измерение|слабых измерениях]], а также при неразрушающих измерениях, использующихся в [[:en:Quantum error correction|квантовой коррекции ошибок]]. Однако оба эти метода не позволяют получить полную информацию о состоянии кубита</ref>, при измерении состояние кубита необратимо разрушается, чего не происходит при измерении классического бита.

== Квантовая запутанность ==
Кубиты могут быть [[Квантовая сцепленность|запутаны]] друг с другом. Квантовой запутанностью могут обладать два и более кубита, и она выражается в наличии особой корреляции между ними, которая невозможна в классических системах. Одним из наиболее простых примеров запутанности двух кубитов является [[состояние Белла]] <math>|\Phi^+\rangle</math><ref name=":0" />:

<math>\frac{(|00\rangle+|11\rangle)}{\sqrt{2}}</math>

Запись <math>|00\rangle</math> обозначает состояние, когда оба кубита находятся в состоянии <math>|0\rangle</math>. Для состояния Белла характерно то, что при измерении первого кубита возможны два результата: 0 с вероятностью 1/2 и конечным состоянием <math>|\varphi'\rangle = |00\rangle</math>, и 1 с вероятностью 1/2 и конечным состоянием <math>|\varphi''\rangle = |11\rangle</math>. Как следствие, измерение второго кубита всегда даёт тот же результат, что и измерение первого кубита, т. е. данные измерений оказываются коррелированными.

== Количество информации ==
В то время как для полного описания системы из n классических битов достаточно n нулей и единиц, для описания системы из n кубитов необходимо (2''n'' - 1) комплексных чисел. Это связано с тем, что n-кубитную систему можно представить<ref name=":1">{{Статья|ссылка=https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/9789812815569_0007|автор=Dorit Aharonov|заглавие=Quantum computation|год=1999-03-01|издание=Annual Reviews of Computational Physics VI|издательство=WORLD SCIENTIFIC|том=Volume 6|страницы=259–346|isbn=978-981-02-3563-5|doi=10.1142/9789812815569_0007|archivedate=2021-06-05|archiveurl=https://web.archive.org/web/20210605141328/https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/9789812815569_0007}}</ref> как вектор в 2n-мерном [[Гильбертово пространство|гильбертовом пространстве]]. Отсюда следует, что система из кубитов может вместить в себя [[Экспоненциальный рост|экспоненциально]] больше информации, чем система из битов.

Например, в один кубит можно записать до двух битов [[Собственная информация|информации Шеннона]], используя [[Квантовое сверхплотное кодирование|сверхплотное кодирование]], а система из n кубитов может использоваться для кодирования 2n чисел, что применяется, например, в [[Квантовое машинное обучение|квантовом машинном обучении]]<ref name=":2">{{Книга|ссылка=http://worldcat.org/oclc/1076208411|автор=Schuld, Maria, Verfasser.|заглавие=Supervised Learning with Quantum Computers|isbn=3-319-96423-2, 978-3-319-96423-2}}</ref>.

Однако стоит учитывать, что экспоненциальное увеличение пространства состояний системы не обязательно приводит к экспоненциальному росту вычислительной мощности в связи со сложностью кодирования и считывания информации<ref name=":1" /><ref name=":2" />.

==История==
Слово «qubit» ввёл в употребление Бен Шумахер из Кеньон-колледжа ([[США]]) в [[1995]] г., а [[Звездин, Анатолий Константинович|А. К. Звездин]] в своей статье предложил вариант перевода «q-бит»<ref>{{статья |заглавие=Магнитные молекулы и квантовая механика |издание=[[Природа (журнал)|Природа]] |том=№ 12 |ссылка=http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/NATURE/12_00/MAGNET.HTM |язык=ru |автор=Анатолий Константинович Звездин |год=2000 |издательство=[[Наука (издательство)|Наука]] |archivedate=2016-03-05 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20160305173906/http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/NATURE/12_00/MAGNET.HTM }}</ref>. Иногда также можно встретить название «квантбит».

В 2025 году физики [[Нижегородский государственный университет|ННГУ им. Н. И. Лобачевского]] создали новый тип кубитов на основе искусственных атомов. Система на основе [[арсенид галлия|арсенида галлия]] позволяет управлять при помощи [[электрическое поле|электрического поля]] [[электрический заряд|зарядом]] и [[спин|вектором вращения]] кубита для создания более сложных миниатюрных квантовых систем. Кроме того, гибридный кубит можно зафиксировать в определенном состоянии, что практически невозможно выполнить с обычными кубитами<ref>{{cite web|url=https://nauka.tass.ru/nauka/23730625|title=Создан новый тип кубитов на основе искусственных атомов|publisher=[[ТАСС]]|lang=ru|accessdate=2025-05-01|archive-date=2025-04-22|archive-url=https://web.archive.org/web/20250422004127/https://nauka.tass.ru/nauka/23730625|url-status=live}}</ref>.

== Вариации и обобщения ==
Обобщением понятия кубит является кудит (Q-энк, куэнк; qudit), способный хранить в одном разряде более двух значений (например, [[кутрит]] {{lang-en|qutrit}} — 3, [[куквадрит]] — 4, …, [[куэнк]] — n)<ref name=":0">''Нильсен М., Чанг И.'' Квантовые вычисления и квантовая информация: Пер. с англ. — М.: Мир, 2006. 824 с. ISBN 5-03-003524-9</ref>.

== Примечания ==
'''Источники'''

{{примечания}}

'''Комментарии'''

{{примечания|group=комментарий}}

== Ссылки ==
{{wiktionary|кубит}}
* [http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/VRAN/QUBIT/QUBIT.HTM Квантовая информатика: компьютеры, связь и криптография]
* ''А. Китаев, А. Шень, М. Вялый''. [ftp://ftp.mccme.ru/users/vyalyi/qcomp/qps00205.zip Классические и квантовые вычисления]. — М.: [[МЦНМО]], 1999. 192 с.
{{перевести|es|Cúbit}}
{{ВС}}
{{-}}
{{Единицы измерения информации}}
{{Типы данных}}
{{Квантовая информатика}}

[[Категория:Единицы измерения информации]]
[[Категория:Квантовый компьютер]]

Кубит - История изменений

imported>Gromolyak: /* Состояние кубита */