큐 비트와 양자 상태의 차이점은 무엇입니까?

일반적으로 큐빗은 수학적으로 다음과 같은 형태의 양자 상태로 표현됩니다. $\lvert \psi\rangle = \alpha \lvert 0\rangle + \beta \lvert 1\rangle$기초를 사용하여 $\{ \lvert 0\rangle, \lvert 1\rangle \}$. 큐비 트는 시스템의 양자 상태 (즉, 벡터)를 나타내는 양자 컴퓨팅 및 정보에서 사용되는 용어 일뿐입니다.

큐 비트와 양자 상태 사이에 근본적인 차이가 있습니까? 그것이 나타내는 양자 상태보다 큐 비트가 무엇입니까?

여기서 구별해야 할 것이 몇 가지 있는데, 초보자에게 가장 투명한 방식이 아닌 직관을 전달하기 위해 이러한 용어를 신속하고 비공식적으로 사용하기 때문에 전문가들에 의해 종종 혼란에 빠집니다.

1. A "큐 비트"는 작은 시스템을 참조 할 수 갖는다 양자 기계적 상태.

   양자 역학 시스템의 상태는 벡터 공간을 형성합니다. 이러한 상태의 대부분은 불완전하게 만 구별 할 수 있습니다. 얼마나 영리하게 구분하려고하더라도 한 상태를 다른 상태로 착각 할 가능성이 있기 때문입니다. 그런 다음 상태가 서로 완벽하게 구별되는지 여부에 대한 질문을 할 수 있습니다.

   "큐 비트"는 양자 기계 시스템의 예이며, 완벽하게 구별 할 수있는 최대 개수는 2 개입니다. (완전히 구별 가능한 상태에는 여러 가지가 있지만 각 세트에는 두 개의 요소 만 포함됩니다.)

   • 광자의 분극$\lvert \mathrm H \rangle$ 대 $\lvert \mathrm V \rangle$또는 대 );$\lvert \circlearrowleft \rangle$$\lvert \circlearrowright \rangle$

   • 또는 전자의 스핀 ( 대 또는 대 );$\lvert \uparrow \rangle$$\lvert \downarrow \rangle$$\lvert \rightarrow \rangle$$\lvert \leftarrow \rangle$

   • 또는 이온 내 전자의 2 개의 에너지 레벨 및 , 많은 다른 에너지 레벨을 점유 할 수 있지만 전자가이 에너지 레벨에 의해 정의 된 부분 공간 내에 제어되고 있음 행동하지 않을 때.$\lvert E_1 \rangle$$\lvert E_2 \rangle$
     
     

   이 시스템에 공통적 인 것은 두 가지 상태로 상태를 설명 할 수 있다는 것입니다. 우리는 및 로 레이블을 수 있으며 시스템의 다른 상태 (벡터 공간의 벡터)를 고려할 수 있습니다 하여 스팬 및 ) 형태를 취하는 선형 결합을 사용 여기서 입니다.$\lvert 0 \rangle$$\lvert 1 \rangle$$\lvert 0 \rangle$$\lvert 1 \rangle$$\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$$\lvert \alpha \rvert^2 + \lvert \beta \rvert^2 = 1$

2. A "큐 비트는"또한 양자 역학적 상태를 참조 할 수 의 우리가 전술 한 종류의 물리적 시스템. 즉, 우리는 "a qubit" 형식의 상태를 호출 할 수 있습니다 . 이 경우 어떤 물리적 시스템이 해당 상태를 저장하고 있는지 고려하지 않습니다. 우리는 국가의 형태에만 관심이 있습니다.$\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$

3. "큐 비트"는 또한 과 같은 상태에 해당 하는 정보량을 나타낼 수도 있습니다 . 예를 들어 복잡한 양자 시스템의 두 가지 상태 과 을 있고 상태 이 일부 중첩 인 물리적 시스템 이있는 경우 이면 시스템이 얼마나 복잡한 지 또는 상태에 얽힘이 있는지 여부는 중요하지 않습니다 . 가능한 값으로 표현되는 정보의 양$\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$$\lvert \psi_0 \rangle$$\lvert \psi_1 \rangle$$\lvert \Psi \rangle$$\alpha \lvert \psi_0 \rangle + \beta \lvert \psi_1 \rangle$$\lvert \psi_j \rangle$$\lvert \Psi \rangle$영리하고 충분한 무소음 절차로 복잡한 양자 상태를 (물리 시스템) 큐 비트 상태로 가역적으로 인코딩 할 수 있기 때문에 하나의 큐 비트입니다. 마찬가지로 복잡한 시스템의 상태를 큐 비트 의 상태로 가역적으로 인코딩 할 수있는 경우 큐 비트의 정보 를 인코딩하는 매우 큰 양자 시스템을 가질 수 있습니다 .$n$$n$

이것은 혼란스러워 보일지 모르지만 고전적인 계산으로 항상 우리가하는 일과 다르지 않습니다.

• C와 같은 언어로 작성 int x = 5;하면 아마도 정수 (정수 값 ) 를 저장하는 정수 ( x정수 변수) 임을 이해할 것 입니다 .5

• 내가 쓴다면 나는 그것이 둘 다 와 같은 정수를 x = 7;의미하는 x것이 아니라 오히려 일종의 컨테이너이며 우리가하고있는 일이 그것이 포함하고있는 것을 바꾸고 있다는 것을 의미합니다.57x

우리가 '큐빗'이라는 용어를 사용하는 이러한 방식은 '비트'라는 용어를 사용하는 방식과 동일하지만, 값 대신 작은 물리적 상태에 대해 양자 상태에 대한 용어를 사용하는 경우에만 발생합니다 변수 나 레지스터보다는 시스템. 또는 양자 상태 는 양자 계산의 값이고 작은 물리적 시스템 은 변수 / 레지스터입니다.