Меню Главная Случайная статья Настройки Кубит Материал из https://ru.wikipedia.org Кубит (q-бит, кьюбит, кубит; от quantum bit) — наименьшая единица информации в квантовом компьютере (аналог бита в обычном компьютере), использующаяся для квантовых вычислений. Содержание 1 Состояние кубита 2 Квантовая запутанность 3 Количество информации 4 История 5 Вариации и обобщения 6 Примечания 7 Ссылки Состояние кубита Как и бит, кубит допускает два собственных состояния, обозначаемых ${\displaystyle |0\rangle }$ и ${\displaystyle |1\rangle }$ (обозначения Дирака), но при этом может находиться и в их суперпозиции. В общем случае его волновая функция имеет вид ${\displaystyle A|0\rangle +B|1\rangle }$, где ${\displaystyle A}$ и ${\displaystyle B}$ называются амплитудами вероятностей и являются комплексными числами, удовлетворяющими условию ${\displaystyle |A|^{2}+|B|^{2}=1}$. Состояние кубита удобно представлять как стрелку на сфере Блоха. При измерении состояния кубита можно получить лишь одно из его собственных состояний[1]. Вероятности получить каждое из них равны соответственно ${\displaystyle |A|^{2}}$ и ${\displaystyle |B|^{2}}$. Как правило[комментарий 1], при измерении состояние кубита необратимо разрушается, чего не происходит при измерении классического бита. Квантовая запутанность Кубиты могут быть 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 ${\displaystyle |\Phi ^{+}\rangle }$[1]: ${\displaystyle {\frac {(|00\rangle +|11\rangle )}{\sqrt {2}}}}$ Запись ${\displaystyle |00\rangle }$ обозначает состояние, когда оба кубита находятся в состоянии ${\displaystyle |0\rangle }$. Для состояния Белла характерно то, что при измерении первого кубита возможны два результата: 0 с вероятностью 1/2 и конечным состоянием ${\displaystyle |\varphi '\rangle =|00\rangle }$, и 1 с вероятностью 1/2 и конечным состоянием ${\displaystyle |\varphi ''\rangle =|11\rangle }$. 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 (2n - 1) комплексных чисел. Это связано с тем, что n-кубитную систему можно представить[2] как вектор в 2n-мерном гильбертовом пространстве. Отсюда следует, что система из кубитов может вместить в себя экспоненциально больше информации, чем система из битов. Например, в один кубит можно записать до двух битов информации Шеннона, используя сверхплотное кодирование, а система из n кубитов может использоваться для кодирования 2n чисел, что применяется, например, в квантовом машинном обучении[3]. 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[2][3]. История Слово «qubit» ввёл в употребление Бен Шумахер из Кеньон-колледжа (США) в 1995 г., а А. К. Звездин в своей статье предложил вариант перевода «q-бит»[4]. Иногда также можно встретить название «квантбит». В 2025 году физики ННГУ им. Н. И. Лобачевского создали новый тип кубитов на основе искусственных атомов. Система на основе арсенида галлия позволяет управлять при помощи электрического поля зарядом и 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[5]. Вариации и обобщения Обобщением понятия кубит является кудит (Q-энк, куэнк; qudit), способный хранить в одном разряде более двух значений (например, кутрит англ. qutrit — 3, куквадрит — 4, …, куэнк — n)[1]. Примечания Источники 1 2 3 Нильсен М., Чанг И. Квантовые вычисления и квантовая информация: Пер. с англ. — М.: Мир, 2006. 824 с. ISBN 5-03-003524-9 1 2 Dorit Aharonov. Quantum computation // Annual Reviews of Computational Physics VI. — WORLD SCIENTIFIC, 1999-03-01. — Т. Volume 6. — С. 259–346. — ISBN 978-981-02-3563-5. — doi:10.1142/9789812815569_0007. Архивировано 5 июня 2021 года. 1 2 Schuld, Maria, Verfasser. Supervised Learning with Quantum Computers. — ISBN 3-319-96423-2, 978-3-319-96423-2. Анатолий Константинович Звездин. Магнитные молекулы и квантовая механика (рус.) // Природа. — Наука, 2000. — Т. № 12. Архивировано 5 марта 2016 года. Создан новый тип кубитов на основе искусственных атомов  (рус.). ТАСС. Дата обращения: 1 мая 2025. Архивировано 22 апреля 2025 года. Комментарии Например, состояние кубита почти не разрушается при слабых измерениях, а также при неразрушающих измерениях, использующихся в квантовой коррекции ошибок. Однако оба эти метода не позволяют получить полную информацию о состоянии кубита Ссылки Квантовая информатика: компьютеры, связь и криптография А. Китаев, А. Шень, М. Вялый. Классические и квантовые вычисления. — М.: МЦНМО, 1999. 192 с.