1. یادگیری بیشتر:
که در اینجا اعداد α و β مختلط هستند.
به عبارت دیگر، حالت یک کیوبیت، برداری در یک فضای برداری مختلط دو بعدی است. حالتهای ویژه |0> و |1> به عنوان حالتهای پایه محاسباتی شناخته میشوند و یک پایهی متعامد-نرمال برای این فضای برداری تشکیل میدهند. ما میتوانیم یک بیت را بررسی کنیم تا تعیین کنیم که در حالت 0 یا 1 قرار دارد؛ در حالیکه ما نمیتوانیم یک کیوبیت را بررسی کنیم تا حالت کوانتومی آن، یعنی مقادیر α و β را تعیین کنیم. در عوض، مکانیک کوانتومی به ما میگوید که تنها میتوانیم اطلاعات بسیار محدودتری درباره حالت کوانتومی به دست آوریم. زمانی که یک کیوبیت را اندازهگیری میکنیم، نتیجه 0 را با احتمال ^2(α) یا نتیجه 1 را با احتمال ^2(β) بهدست میآوریم.
یک بیت کلاسیک مانند سکه حالت «رو» یا حالت «پشت» دارد. برای سکههای ناقص، ممکن است حالتهای میانی وجود داشته باشد، مانند اینکه سکه بر لبهاش متعادل شده باشد، اما در حالت ایدهآل میتوان آنها را نادیده گرفت. بهعکس، یک کیوبیت میتواند در یک پیوستار از حالتها بین |0> و |1> تا زمانی که مورد مشاهده قرار گیرد، وجود داشته باشد. به عنوان مثال، یک کیوبیت میتواند در حالت
که وقتی اندازهگیری میشود، نتیجه «0» را پنجاه درصد و نتیجه «1» را نیز پنجاه درصد اوقات نشان میدهد. این حالت را میتوان به صورت >+| نشان داد.
برای درک ملموستری از چگونگی تحقق یک کیوبیت، مفید است که برخی از روشهایی که تحقق کیوبیت ممکن است با آن اتفاق بیفتد را در نظر بگیریم: به عنوان مثال دو قطبش متفاوت یک فوتون؛ همراستایی یک اسپین هستهای در یک میدان مغناطیسی یکنواخت؛ یا مثلا دو حالت یک الکترون در حال چرخش حول یک اتم منفرد. در مدل اتمی، الکترون میتواند در یکی از آنچه که بهعنوان «حالت پایه» یا «حالت برانگیخته» شناخته میشود، که به ترتیب آنها را|0> و |1> نام خواهیم برد، وجود داشته باشد. با تاباندن نور به اتم، با انرژی مناسب و به مدت زمان مناسب، میتوان الکترون را از حالت |0>به حالت |1> و بالعکس منتقل کرد.
2. نمایش ریاضیاتی
یک کیوبیت با یک بردار حالت نشان داده میشود:
که در آن α وβ اعداد مختلط هستند و
بازنویسی بردار حالت کیوبیت:
که
3. ویژگی/اصول کلیدی
برهمنهی (Superposition): توانایی یک کیوبیت برای وجود در ترکیبی از حالتهای ۰ و ۱ بهطور همزمان.
درهمتنیدگی (Entanglement): زمانی که دو کیوبیت درهمتنیده شدهاند، اندازهگیری یکی بهطور مستقیم حالت دیگری را تعیین میکند، بدون توجه به فاصله بین آنها.
فروپاشی (Collapse): اندازهگیری حالت کیوبیت را تغییر میدهد و آن را از حالت برهمنهی ∣0⟩و ∣1⟩به حالتی خاص که با نتیجه اندازهگیری سازگار است فرو میریزد. به عنوان مثال، اگر اندازهگیری ∣+⟩نتیجه ۰ را بدهد، پس از اندازهگیری حالت کیوبیت به ∣0⟩تبدیل خواهد شد. این رفتار بهسادگی یکی از اصول بنیادین مکانیک کوانتومی است.
کره بلاخ (Bloch Sphere) :
در نمایش
اعداد
4. کاربردها
کیوبیتها در توسعه کامپیوترهای کوانتومی نقشی اساسی دارند که انتظار میرود در حوزههایی مانند رمزنگاری، علم مواد و هوش مصنوعی انقلابی ایجاد کنند.
5. محتوای تاریخی
در سال 1995، Ben Schumacherمعادلی برای نظریه کدگذاری بدون نویز Shannon ارائه داد و در این فرآیند «بیت کوانتومی» یا «کیوبیت» را بهعنوان یک منبع فیزیکی تعریف کرد.
برای
