Чим відрізняється кубіт від класичного біта?

Як я розумію, головна відмінність між квантовими та неквантними комп’ютерами полягає в тому, що квантові комп'ютери використовують кубіти, тоді як неквантні комп'ютери використовують (класичні) біти.

Яка різниця між кубітами та класичними бітами?

physical-qubit

— МЕЕ - Відновлення Моніки
джерело

Біт - це двійкова одиниця інформації, яка використовується в класичних обчисленнях. Це може приймати два можливі значення, як правило, це або $0$ $1$ . Біти можуть бути реалізовані з пристроями або фізичними системами, які можуть знаходитися в двох можливих станах.

Для порівняння та протиставлення бітів з кубітами введемо позначення векторів для бітів наступним чином: біт представлений стовпчастим вектором з двох елементів , де означає а для . Тепер біт представлений вектором і біт по . Як і раніше, існує лише два можливі значення. $(\alpha,\beta)^T$ $\alpha$ $0$ $\beta$ $1$ $0$ $(1,0)^T$ $1$ $(0,1)^T$

$(\alpha,\beta)^T$ $|\alpha|^2+|\beta|^2=1$ $|\alpha|^2$ $|\beta|^2$ $(1,0)^T$ $(0,1)^T$

Звичайні операції, які проводяться на кубітах під час квантових обчислень, - це квантові ворота та вимірювання. Квантовий затвор (одиночний кубіт) приймає як вхідний кубіт і видає як вихід кубіт, який є лінійним перетворенням вхідного кубіта. При використанні вищезазначених векторних позначень для кубітів, ворота повинні бути представлені матрицями, які зберігають умову нормалізації; такі матриці називаються унітарними. Класичні ворота можуть бути представлені матрицями, які зберігають біти як біти, але зауважте, що матриці, що представляють квантові ворота, взагалі не відповідають цій вимозі.

$(\alpha,\beta)^T$ $[ (1,0)^T,(0,1)^T]$ $(1,0)^T$ $|\alpha|^2$ $(0,1)^T$ $|\beta|^2$

З одним бітом або кубітом можна зробити не так багато . Повна обчислювальна потужність або приходить від використання багатьох, що призводить до остаточної різниці між ними, яка тут буде охоплена: кілька кубітів можна заплутати. Неофіційно кажучи, заплутаність - це форма кореляції, набагато сильніша, ніж класичні системи. Разом суперпозиція та заплутаність дозволяють розробляти алгоритми, реалізовані з кубітами, які неможливо виконати з бітами. Найбільший інтерес представляють алгоритми, які дозволяють виконати завдання зі зниженою обчислювальною складністю порівняно з найбільш відомими класичними алгоритмами.

Перш ніж зробити висновок, слід зазначити, що кубіт може бути змодельований бітами (і навпаки ), але кількість потрібних бітів швидко зростає з кількістю кубітів. Отже, без надійних квантових комп'ютерів квантові алгоритми представляють лише теоретичний інтерес.

— Кіро
джерело