Кубит

Кубит (/ˈkjuːbɪt/; для квантовый бит), также редко называемый Qbit, представляет собой двухсостоянную квантовую систему, то есть систему, которая правильно описывается только квантовой механикой и которая имеет только два состояния, которые можно точно различить с помощью измерений.

В квантовой информатике кубиты составляют основу квантовых вычислений и квантовой криптографии. При этом кубит играет роль, аналогичную классическому биту в традиционных компьютерах: он служит наименьшей возможной единицей хранения, а также определяет меру квантовой информации.

Физические реализации[править]

В качестве кубита может быть использована любая двухуровневая квантовомеханическая система. Также можно использовать многоуровневые системы, если они обладают двумя состояниями, которые могут быть эффективно отделены от остальных (например, основное состояние и первое возбужденное состояние нелинейного генератора колебаний). Существуют различные предложения. Было успешно реализовано несколько физических реализаций, которые в разной степени приближают двухуровневые системы. Аналогично классическому биту, где состояние транзистора в процессоре, намагниченность поверхности в жесткий диск и наличие тока в кабеле могут использоваться для представления битов в одном компьютере, в конечном итоге квантовый компьютер, вероятно, будет использовать различные комбинации кубитов в своей конструкции.

Шум влияет на все физические реализации. Так называемое время жизни T1 и время дефазирования T2 - это время, характеризующее физическую реализацию и представляющее их чувствительность к шуму. Более высокое время не обязательно означает, что тот или иной кубит лучше подходит для квантовых вычислений, потому что время выхода и достоверность также необходимо учитывать.

Различные приложения, такие как квантовое зондирование, квантовые вычисления и квантовая связь, используют различные реализации кубитов в соответствии с их применением.

Ниже приведен неполный список физических реализаций кубитов, и выбор основы осуществляется только по соглашению.

Т
Физическая поддержка	Имя	Информационная поддержка	0 ⟩	1 ⟩
Фотон	Поляризационное кодирование	Поляризация света	Горизонтальный	Вертикальный
Фотон	Количество фотонов	Состояние Фока	Вакуум	Состояние одного фотона
Фотон	Кодирование временных ячеек	Время прибытия	Ранний	Поздно
Когерентное состояние из свет	Сжатый свет	Квадратура	Амплитудно-сжатое состояние	Фазово-сжатое состояние
Электроны	Электронное вращение	Вращение	Вверх	Вниз
Электроны	Число электронов	Заряд	Электрона нет	Один электрон
Ядро	Ядерный спин, изученный с помощью ЯМР	Вращение	Вверх	Вниз
Оптические решетки	Атомное вращение	Вращение	Вверх	Вниз
Джозефсоновский узел	Кубит со сверхпроводящим зарядом	Заряд	Незаряженный сверхпроводящий островок (Q=0)	Заряженный сверхпроводящий остров (Q=2e, одна дополнительная куперовская пара)
Джозефсоновский узел	Кубит со сверхпроводящим потоком	Текущий	Ток по часовой стрелке	Ток против часовой стрелки
Джозефсоновский узел	Сверхпроводящий Фазовый кубит	Энергия	Основное состояние	Первое возбужденное состояние
Пара однозарядных квантовых точек	Локализация электронов	Заряд	Электрон в левой точке	Электрон в правой точке
Квантовая точка	Точечное вращение	Вращение	Вниз	Вверх
Топологическая система с разрывом	Неабелев всем	Переплетение возбуждений	Зависит от конкретной топологической системы	Зависит от конкретной топологической системы
Вибрационный кубит	Вибрационные состояния	Фонон/виброн	01⟩суперпозиция	10⟩ суперпозиция
van der Waals heterostructure	Локализация электронов	Заряд	Электрон на нижнем листе	Электрон на верхнем листе