У галіне квантавай механікі кубіт уяўляе сабой фундаментальную адзінку квантавай інфармацыі, аналагічную класічнаму біту. У адрозненне ад класічных бітаў, якія могуць існаваць у стане 0 або 1, кубіты могуць існаваць у суперпазіцыі абодвух станаў адначасова. Гэта унікальная ўласцівасць ляжыць у аснове квантавых вылічэнняў і квантавай апрацоўкі інфармацыі, прапаноўваючы патэнцыял экспанентнай вылічальнай магутнасці ў параўнанні з класічнымі сістэмамі.
Адным з ключавых прынцыпаў, якія кіруюць кубітамі, з'яўляецца суперпазіцыя, якая дазваляе ім існаваць у некалькіх станах, пакуль не будуць вымераныя. Калі кубіт знаходзіцца ў стане суперпазіцыі, ён утрымлівае камбінацыю 0 і 1 з каэфіцыентамі, якія вызначаюць верагоднасць вымярэння кожнага стану пры назіранні. Аднак акт вымярэння кубіта парушае яго стан суперпазіцыі, у выніку чаго ён згортваецца ў адзін з базавых станаў (0 ці 1). Гэта з'ява вядома як калапс хвалевай функцыі.
Калапс хвалевай функцыі пры вымярэнні з'яўляецца фундаментальным аспектам квантавай механікі. Гэта вынікае з імавернаснай прыроды квантавых станаў і ўласцівай нявызначанасці ў прагназаванні вынікаў вымярэнняў. Гэты калапс не з'яўляецца дэтэрмінаваным, што азначае, што вынік вымярэння не можа быць дакладна вызначаны загадзя; замест гэтага ён кіруецца верагоднасцямі, якія вызначаюцца каэфіцыентамі стану суперпазіцыі.
На практыцы, калі кубіт вымяраецца, стан суперпазіцыі губляецца, і кубіт прымае пэўны стан альбо 0, альбо 1. Гэты незваротны працэс змяняе квантавую інфармацыю, закадаваную ў кубіце, што прыводзіць да страты прапанаваных вылічальных пераваг шляхам суперпазіцыі. У выніку вымярэнне кубіта сапраўды разбурае яго квантавую суперпазіцыю, пераводзячы яго ў класічны стан з дакладна вызначаным значэннем.
Каб праілюстраваць гэту канцэпцыю, разгледзім кубіт у суперпазіцыйным стане, прадстаўленым як |ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩, дзе α і β - комплексныя амплітуды верагоднасці. Пасля вымярэння кубіт згортваецца да |0⟩ з верагоднасцю |α|^2 або |1⟩ з верагоднасцю |β|^2. Акт вымярэння эфектыўна выбірае адзін з гэтых вынікаў, у выніку чаго кубіт губляе свае ўласцівасці суперпазіцыі і паказвае класічныя паводзіны.
Вымярэнне кубіта прыводзіць да разбурэння яго квантавай суперпазіцыі, што прыводзіць да калапсу хвалевай функцыі і страты квантавай кагерэнтнасці. Гэты фундаментальны аспект квантавай механікі ляжыць у аснове пераходу ад квантавых да класічных паводзін у квантавых сістэмах апрацоўкі інфармацыі, падкрэсліваючы далікатную прыроду квантавых станаў і ўплыў вымярэнняў на іх уласцівасці.
Іншыя апошнія пытанні і адказы адносна Асновы квантавай інфармацыі EITC/QI/QIF:
- Ці заўсёды амплітуды квантавых станаў з'яўляюцца сапраўднымі лікамі?
- Як працуе квантавы варот адмаўлення (квантавы НЕ або вароты Pauli-X)?
- Чаму вароты Адамара самазваротныя?
- Калі вымераць 1-ы кубіт стану Бэла ў пэўным базисе, а затым вымераць 2-і кубіт у базисе, павернутым на пэўны вугал тэта, імавернасць таго, што вы атрымаеце праекцыю на адпаведны вектар, роўная квадрату сінуса тэта?
- Колькі біт класічнай інфармацыі спатрэбіцца для апісання стану адвольнай суперпазіцыі кубітаў?
- Колькі вымярэнняў мае прастора ў 3 кубіты?
- Ці могуць квантавыя вароты мець больш уваходаў, чым выхадаў, як і класічныя вароты?
- Ці ўключае ўніверсальнае сямейства квантавых варот CNOT і Адамара?
- Што такое эксперымент з падвойнай шчылінай?
- Ці эквівалентна кручэнне палярызацыйнага фільтра змене асновы вымярэння палярызацыі фатонаў?
Глядзіце больш пытанняў і адказаў у EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals