Qubit

Kuantum bilgisayar olarak, Qubit İngilizce telaffuz: [ˈkjuːbɪt]  (Kübit) veya kuantum bit klasik bit analogu bir kuantum-bilgi birimidir. Burada iki durum dikey polarizasyon ve yatay polarizasyon vardır. Bir kübit böyle tek bir fotonun foton polarizasyonu gibi iki durumlu kuantum mekaniği sistemi (Two-state quantum system) dir. Klasik sistemde, bir durum ya da diğeri olurdu, ancak kuantum mekaniği kübit, aynı anda her iki durumun bir kuantum süperpozisyonu (Quantum superposition) içinde kuantum bilgisayarı için temel bir özellik olmasını sağlamaktadır.

Bite karşı Kübit

Bir bit bilginin temel birimidir. Bu bilgisayarlar ile bilgi temsil etmek için kullanılır. Fiziksel gerçekleştirilmesi ne olursa olsun, bir bit her zaman, bir 0 ya da bir 1 olduğu anlaşılmaktadır. Buna bir benzetme, bir ışık anahtarı - ile 0 temsil kapalı konuma ve 1 temsil pozisyon olduğudur.

Bir kübit ile klasik bit arasında birkaç benzerlik vardır, ancak genel olarak farklıdır. Bir bit gibi, bir kübit iki olası değerler normalde bir 0 veya 1 bit olabilir. Aradaki fark bir bit 0 ya da 1 "olmalı", bir kübit "olabilir" dir. 0, 1, ya da her ikisinin kuantum süperpozisyonu üst üste olmasıdır. Bu, temel matematik olmaktadır. ( 1 in karekökü) + ( 1 in karekökü) normalde sadece 2 çözümleri 1 +1 ve + -1 -1 olması için düşünülür, ama 0 da bir çözüm ( -1 + 1 ) ve ( + 1 -1 ) edilmektedir. Bu karekök ^ 1 ( 1/2 ) ya da 1 ^ ( 1/32 ), örnek için olan birimin kökleri ve daha sonra kare alma ile dalga fonksiyonu çöken her karekök ile aynı denklemi genişletmektedir.

Gösterimi

Bir kübit ölçülebilir olan iki durum baz durumları kadar bilinir (ya da temel vektör ler). Kuantum durumlarının herhangi bir tür gelenek olduğu gibi, Dirac-ya da "bra-ket" gösterimi ile temsil edilmektedir. Bu iki hesaplama temeli durumları geleneksel $|0\rangle$ ve $|1\rangle$ olarak yazılır demektir. (Telaffuz "ket 0" ve "ket 1").

Kübit durumları

Bloch küresi bir kübit'in gösterimi. Olasılık genliği konu içinde $\alpha =\cos \left({\frac {\theta }{2}}\right)$ ve $\beta =e^{i\phi }\sin \left({\frac {\theta }{2}}\right)$ tarafından veriliyor

Bir saf kübit durumu bir temel durumun doğrusal üst üste gelmesidir. Bu anlamda kübit;

$|0\rangle$ ve $|1\rangle$ nin bir doğrusal bileşimi olarak gösterilebilir:

$|\psi \rangle =\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle ,\,$

Burada α ve β olasılık genliğidir ve genel olarak her ikisi de karmaşık sayıların içinde olabilir. Bu kübit standart baz içinde ölçülürse ise, olasılık $|\alpha |^{2}$ $|0\rangle$ dır ve çıkışın olasılığı $|\beta |^{2}$ $|1\rangle$ dir. Genliklerinin mutlak kareleri olasılıklara eşit olduğundan, α ve β denklemi ile kısıtlanması gerektiği aşağıdadır:

$|\alpha |^{2}+|\beta |^{2}=1\,$

Bu sağlar çünkü tek bir durumu veya diğer birini ölçmek gerekmektedir.

Bloch küresi

Bloch küresi (diyagrama bakınız) bir tek kübit durumunun olasılığı için kullanılabilen gösterimdir. Bir küresel gösterimi klasik bit olabilen,bir yalnızca "Kuzey kutbu" veya "Güney kutbu", burada sırasıyla $|0\rangle$ ve $|1\rangle$ lokasyonu içerisindedir. Küre yüzeyinin geri kalanı klasik bir bit erişilemez, ama saf kübit durum yüzeyi üzerinde herhangi bir noktaya ile temsil edilebilir.Örneğin, saf kübit durumu ${|0\rangle +i|1\rangle } \over {\sqrt {2}}$ pozitif y ekseni üzerinde, kürenin ekvatoruna yatık olur.

Kürenin yüzeyindeki iki-boyutlu uzayı saf kübit durumunun durum uzayı (fizik) (State space) gösterimidir. Bu durum uzayının iki yerel serbestlik derecesi (fizik ve kimya) (Degrees of freedom) vardır. Bu ilk bakışta serbestlik dört derece olması gerektiğini görünebilir, karmaşık sayılar ile her ikisinin serbestlik derecesi α ve β dır. Ancak, serbestliğin bir derecesi $|\alpha |^{2}+|\beta |^{2}=1\,$ kısıtlaması ile çıkartılmıştır. Diğeri, keyfi seçilebilen α 'nın gerçek olması, sadece iki serbestlik derecesinin ayrılması durumların tüm faz fiziksel gözlemlerin sonucu değildir.

O bir karışık durum içinde kübit koyma olasılığıdır, bir farklı saf durumun istatistiksel kombinasyonudur. Karışık durumlar Bloch kürenin içinde puan ile temsil edilebilir.

Operasyonlar olarak saf kübit durumları

Burada fiziksel operasyonların çeşitli türleri saf kübit durumları gerçekleştirilebilir.

• Bir kuantum mantık kapıları bir kübit işlemi olabilir. Matematik dille, kübit bir temel dönüşüme uğrar. Birim dönüşüm kübit vektörün dönmesine karşılık Bloch küre içindedir.
• Standard temel ölçüm bir operasyondur ve bu bilginin içindedir kübitin kapısı durumu hakkındadır. Ölçümün sonucu, $|0\rangle$, ile olasılığı $|\alpha |^{2}$ yoluyla yapılacaktır, veya $|1\rangle$, ile olasılık $|\beta |^{2}$ dir.
• Örneğin, eğer ölçüm sonuçları $|0\rangle$ ise ve α 1'e değişirse (yukarı faza) ve β 0'a değişirse Kübit durumu ölçümü α ve β değerlerini değiştirir. Bir kübitin ölçümü durumu dolaşık ile diğer kuantum sistem dönüşümü, bir saf durum içine bir karışık durumdur.

Dolaşıklık

Bir kübit ve bir klasikleşmiş bit arasındaki bir önemli ayırıcı özellik çoğul kübitler kuantum dolaşık sergileyebilirler. Dolaşıklık bir yerel olmayan özellik daha yüksek korelasyon ifade etmenizi sağlayan kübitlerin kümesi klasik sistemlerde mümkündür. İki dolaşık kübitlerin Bell durumu içindeki örneği:

${\frac {1}{\sqrt {2}}}(|00\rangle +|11\rangle ).$

Bu durum içinde, bir eş üst üstelik denilmektedir. Burada ölçümün eş olasılık $|00\rangle$ veya $|11\rangle$, $|1/{\sqrt {2}}|^{2}=1/2$ oluşturmaktadır.

Bu iki dolaşmış kübitlerin biri Alice ve Bob verilen her birini, ayrı düşünülmektedir. Alice Qubit ölçümünü yapar, elde ettiği ile eş olasılık ya da $|0\rangle$ veya $|1\rangle$tır. Çünkü qubitlerin dolaşıklığı, Bob şimdi tam olarak Alice'le aynı ölçmeyi vermesi gerekir; yani eğer onun bir $|0\rangle$ ölçüsü ile, Bob'un aynı ölçmesi gerekir, $|00\rangle$ yalnıca burada durum Alice'in kübiti bir $|0\rangle$ dır.

Dolaşıklık ayrıca birden çok durumları sağlar (örneğin Bell durumu Yukarıda belirtilen) bir seferde sadece tek bir değer olabilir. Klasik bit aksine, aynı anda hareket için. Dolaşıklık klasik bir bilgisayarda verimli yapılamaz herhangi bir kuantum hesaplama yapan zorunlu bir maddedir. Kuantum hesaplama ve iletişim başarıları gibi , birçok kuantum ışınlanma ve superdense kodlama,bir dolanmanın bir  kaynak olduğunu düşündürür, dolaşıklıkta kuantum hesaplamadan faydalanmak özeldir.

Kuantum kayıt

Birlikte alınan dolaşmış kübitlerin bir dizisi ile bir qubit kayıttır. Bir Kuantum bilgisayarın yazmaçındaki qubitlerin manipüle edilerek hesaplamaları gerçekleştirmektir. Qubitlerin bir qubyte'ı sekiz dolaşık topluluğudur. İlk Aralık ayında Avusturya'da Innsbruck Üniversitesi Quantum Optik ve Kuantum Bilgi Enstitüsü'nde bir ekip tarafından gösterilmiştir.

Qubit çeşitlemeleri

Qubite benzer şekilde, qutrit 3-seviyeli bir kuantum sisteminde kuantum bilgileri ve birimidir. Trit, bu klasik bilgi birimine benzer. Burada kullanıldığı şekliyle "qudit" bir d-düzeyinde kuantum sistemi kuantum bir bilgi birimini belirtmek için kullanılmaktadır.

Kübit depolama

³¹P nükleer spin " Solid-durum kuantum hafıza kullanarak", Nature dergisinin 23 Ekim 2008 sayısında yayınlanan başlıklı bir yazıda, Enerji Lawrence Berkeley ABD ile araştırmacıları dahil bilim, uluslararası bir ekip Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Laboratuvarı) bir nükleer spin "bellek" Kübit bir elektron kübit bir spin "işleme" içinde süperpozisyon durumu ilk nispeten uzun (1.75 saniye) ve tutarlı transferi bildirildi. Bu olay ilk nispeten tutarlı kuantum veri olarak kabul edilebilir depolama, kuantum bilgisayar geliştirilmesine yönelik önemli bir adımdır. Benzer sistemlerin (yerine nötr vericilerden daha yüklü kullanılarak) son modifikasyonu dramatik bu kez oda sıcaklığından çok düşük sıcaklıklarda ve 39. dakikasında 3 saate kadar artırılmıştır.

Ayrıca bakınız

• W durumu
• Kuantum bilgisayarı
• Foton bilgisayarı

Dış bağlantılar

• Scientific American tarafından Ekim 2005 yılında kübitler üzerine bir güncelleme
• Qubit.org kurucu ortağı, kuantum hesaplama öncülerinden David Deutsch tarafından eklenmiş bilgi