큐비 트란 무엇입니까?

"큐빗"이란 무엇입니까? 구글은 "양자 비트"의 또 다른 용어라고 말합니다. 는 "양자 비트"란 물리적으로는 ? "양자"는 어떻습니까? 양자 컴퓨팅에서 어떤 목적을 수행합니까?

참고 : 평신도들이 쉽게 이해할 수있는 설명을 선호합니다. 양자 컴퓨팅에 특정한 용어는 바람직하게는 비교적 간단한 용어로 설명되어야한다.

이것은 좋은 질문이며 제 생각에는 큐빗의 핵심입니다. 마찬가지로 주석 의해 @Blue , 이것이 고전 확률 분포와 동일대로 동일한 중첩 될 수 없습니다. 음수 부호를 가질 수 있다는 것입니다.

이 예제를 보자. 상태에 비트가 있고 벡터 로 표현한 다음 확률 적 행렬 로 나타낼 수있는 코인 뒤집기 연산을 적용한다고 가정 이렇게하면 고전적인 혼합물 됩니다. 이것을 두 번 적용해도 여전히 고전적인 혼합 됩니다.[ 1 0 ] [ 0.5 0.5 0.5 0.5 ] [ 0.5 ~ 0.5 ] [ 0.5 ~ 0.5$0$$\begin{bmatrix}1 \\0 \end{bmatrix}$$\begin{bmatrix}0.5 & 0.5 \\0.5 & 0.5 \end{bmatrix}$$\begin{bmatrix}0.5 \\0.5 \end{bmatrix}$$\begin{bmatrix}0.5 \\0.5 \end{bmatrix}$

이제 퀀텀 케이스로 가서 상태 의 큐 비트로 시작해 다시 냅니다. 양자에서 연산은 속성을 갖는 단일 행렬로 표현됩니다 . 양자 코인 플립의 행동을 나타내는 가장 간단한 단위는하다 마드 매트릭스 첫 번째 열이 정의되므로 한 번의 조작 후에 되며 두 번째 열은 여기서 ,[ 1 0 ] U † U = I [ $0$$\begin{bmatrix}1 \\0 \end{bmatrix}$$U^\dagger U = I$| +⟩=[$\begin{bmatrix}\sqrt{0.5} & \sqrt{0.5} \\\sqrt{0.5} & -\sqrt{0.5} \end{bmatrix}$[$|+\rangle =\begin{bmatrix}\sqrt{0.5} \\\sqrt{0.5} \end{bmatrix}$| | 2=(1)/2| b| 2=1/2B는*=-1/2=$\begin{bmatrix}\sqrt{0.5} & a \\\sqrt{0.5} & b \end{bmatrix}$$|a|^2 = 1/2$$|b|^2 = 1/2$ 이고 입니다. 이에 대한 해결책은 및 입니다.$ab^* = -1/2$b=−$a =\sqrt(0.5)$$b=-a$

이제 같은 실험을 해보자. 한 번 적용하면 되며 표준 기준으로 측정하면 시간의 절반이 0이고 다른 1이 양자 태어난 규칙 은 이며 왜 우리가 모든 제곱근을 필요로 하는가)입니다. 따라서 위와 같으며 임의의 결과가 있습니다.P(i)=| ⟨나| ψ⟩| $\begin{bmatrix}\sqrt{0.5} \\\sqrt{0.5} \end{bmatrix}$$P(i) = |\langle i|\psi\rangle|^2$

두 번 적용하겠습니다. 이제 됩니다. 음의 부호는 1 개의 결과를 관찰 할 확률을 상쇄하며 물리학자는이를 간섭이라고합니다. 우리가 양자 상태에서 얻는 것은이 음수이며, 벡터는 양수와 실수를 유지해야하는 확률 이론으로 설명 할 수 없습니다.$\begin{bmatrix} 0.5+0.5 \\0.5-0.5\end{bmatrix}$

이것을 n 큐 비트로 확장하면 효율적인 시뮬레이션 방법을 찾을 수없는 지수가있는 이론이 제공됩니다.

이것은 단지 내 견해가 아닙니다. 나는 Scott Aaronson의 대화에서 그것이 보여지는 것을 보았습니다. 그리고 양자를 말하는 가장 좋은 것은“빼기 기호가있는 확률 이론”(Scott의 인용)과 같다고 생각합니다.

나는 양자를 설명하기 위해주고 싶은 슬라이드를 첨부하고있다.

아마도 시간이 지남에 따라이 (!)를 확장하고 사진과 링크를 추가 할 것입니다. 그러나 여기에 첫 번째 장면이 있습니다.

대부분 수학이 필요없는 설명

특별한 동전

일반 비트에 대해 생각하면서 시작합시다. 이 정상적인 비트가 동전이라고 상상해보십시오. 머리 나 꼬리가 될 수 있습니다. "1"과 꼬리 "0"에 해당하는 헤드를 호출합니다. 이제 대신이 동전 던지기의 생각, 우리가 그것을 회전 수 - 45 수평, 50 위 수평, 10 위 수평, 어떤 아래 - 다음은 모든 상태. 이것은 국가의 거대한 새로운 가능성을 열어줍니다. 셰익스피어의 모든 작품을 이런 방식으로이 하나의 동전으로 암호화 할 수있었습니다.∘ ${}^\circ$$^\circ$$^\circ$

그러나 캐치는 무엇입니까? 그 말처럼 무료 점심 식사는 없습니다. 실제로 동전을 볼 때 동전의 상태를 확인하기 위해 확률에 따라 머리 또는 꼬리가됩니다-그것을 보는 좋은 방법은 머리에 더 가까워지면 머리가 될 가능성이 높습니다. 그 반대의 경우도 있지만, 머리에 가까워지면 코인이 꼬리가 될 가능성이 있습니다.

또한,이 특수 동전을 보면 이전에 있던 정보에 다시 액세스 할 수 없습니다. 셰익스피어 코인을 보면 머리 나 꼬리가 생겼는데, 멀리 보면 볼 때 여전히 본 것입니다. 마술처럼 셰익스피어 코인으로 되돌아 가지 않습니다. 의견에서 Blue가 지적한 것처럼

현대 기술의 엄청난 발전을 감안할 때, 동전이 떨어질 때 공중에 던져지는 동전의 정확한 방향을 모니터링하는 것을 막을 수있는 것은 없습니다. 필자는 반드시 "탐색"해야 할 필요는 없습니다. 즉, 중지하고 "머리"또는 "꼬리"로 빠졌는지 확인하십시오.

이 "모니터링"은 측정으로 계산됩니다. 이 동전의 상태를 볼 방법이 없습니다. 아니, 나다 이것은 보통 동전과 조금 다릅니다.

따라서 동전으로 셰익스피어의 모든 작품을 인코딩하는 것은 이론적으로 가능하지만 그 정보에 진정으로 액세스 할 수는 없으므로 그렇게 유용하지는 않습니다.

우리가 여기에 왔던 멋진 수학적 호기심이 있지만 실제로 어떻게 이것을 할 수 있습니까?

고전 역학의 문제

자, 여기서 물러서서 다른 압정으로 바꾸겠습니다. 내가 당신에게 공을 던지고 당신이 그것을 잡으면, 우리는 기본적으로 그 공의 움직임을 정확하게 모델링 할 수 있습니다 (모든 매개 변수를 얻음). 뉴턴의 법칙으로 궤적을 분석하고, 유체 역학 ( 난기류가없는 한)을 사용하여 공기를 통한 움직임을 알아낼 수 있습니다.

이제 약간의 실험을하겠습니다. 두 개의 슬릿이있는 벽과 그 벽 뒤에 다른 벽이 있습니다. 나는 그 테니스 공을 던지는 물건 중 하나를 정면에 설치하고 테니스 공을 던지기 시작했습니다. 그동안 나는 모든 테니스 공이 끝나는 뒷벽에 있습니다. 내가 이것을 표시 할 때, 예상대로 두 슬릿 바로 뒤에 데이터에 명확한 "혹"이 있습니다.

이제 테니스 공 던지기를 아주 작은 입자를 뿜어내는 것으로 바 꾸었습니다. 어쩌면 레이저를 받았는데 광자가 보이는 곳을 찾고있을 것입니다. 전자총을 가지고있을 수도 있습니다. 어쨌든, 우리는이 아 원자 입자가 어디에서 다시 끝나는 지보고 있습니다. 이번에는 두 개의 혹을 얻지 못하고 간섭 패턴을 얻습니다.

그것은 당신에게 전혀 친숙해 보입니까? 연못 바로 옆에 자갈 두 개를 떨어 뜨린다 고 상상해보십시오. 친숙해 보이세요? 연못의 잔물결 이 서로 방해 합니다. 그들이 취소되는 곳과 그들이 더 크게 부는 곳이있어 아름다운 패턴을 만듭니다. 이제, 우리는 간섭 패턴이 입자를 쏘는 것을보고 있습니다 이 입자들은 파도와 같은 행동을해야합니다. 어쩌면 우리 모두 잘못되었을 수도 있습니다. (이를 이중 슬릿 실험 이라고합니다 .) 죄송합니다, 전자는 입자가 아니라 파동입니다.

그 외에는 입자도 있습니다. 당신이 볼 때 음극선 (진공 튜브 전자의 스트림),이 동작은 명확하게 보여줍니다 전자는 입자이다. 위키 백과를 인용하려면 :

음파와 마찬가지로 음극 광선은 ​​직선으로 이동하고 물체에 의해 가려지면 그림자를 생성합니다. 어니스트 러더 포드는 광선이 얇은 금속 포일을 통과 할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 이러한 상충되는 특성은 그것을 파동 또는 입자로 분류하려고 할 때 중단을 일으켰다. 이것은 과학자들이 전기장으로 전자기파를 편향시키는 것이 불가능하다는 것을 알았 기 때문에 빔들이 입자들로 구성되었다는 증거였다.

그래서 ... 둘 다 입니다. 또는 오히려 완전히 다른 것입니다. 그것은 물리학 자들이 20 세기 초에 본 몇 가지 퍼즐 중 하나입니다. 다른 것들을보고 싶다면 흑체 복사 또는 광전 효과를보십시오 .

문제를 해결 한 것-양자 역학

이러한 문제로 인해 우리가 던지는 공의 움직임을 계산할 수있는 법칙이 실제로는 작은 규모로 작동하지 않는다는 것을 깨달았습니다. 그래서 새로운 법률이 개발되었습니다. 이 법칙은 양자 역학 (quantum mechanics)이라고 불리우며, 그 뒤에 숨어있는 주요 에너지 중 하나 인 퀀타 (Quanta)라는 기본 에너지 패킷이 존재합니다.

아이디어는 단지 당신에게 .00000000000000000000000000과 더 많은 영점 1 줄을 줄 수는 없다는 것입니다. 나는 당신에게 줄 수있는 최소한의 에너지가 있습니다. 그것은 통화 시스템에서, 당신에게 1 달러 또는 1 페니를 줄 수는 있지만 (어쨌든 미국 돈으로) 나는 당신에게 "반 페니"를 줄 수는 없습니다. 존재하지 않습니다. 특정 상황에서 에너지 (및 기타 값)는 이와 같을 수 있습니다. (모든 상황이 아니며, 이것은 때때로 고전적인 역학에서 발생할 수 있습니다- 이것을 참조하십시오 .이 점을 지적한 Blue 덕분입니다.)

어쨌든, 우리는이 새로운 법칙, 양자 역학을 얻었습니다. 그리고 그 법들의 발전은 완전하지만 정확하지는 않지만 (양자 장 이론, 양자 중력 참조), 그들의 발전의 역사는 흥미 롭습니다. 양자 역학 의 파동 방정식을 생각 해낸 고양이 살해 ( 아마도? ) 명성을 가진 슈뢰딩거라는 사람이있었습니다 . 그리고 이것은 많은 물리학 자들이 이것을 선호했습니다. 왜냐하면 그것은 물질을 계산하는 고전적인 방법 인 적분과 해밀턴과 같은 것과 비슷했기 때문입니다.

다른 사람인 Heisenberg는 양자 역학적으로 입자 역학의 상태를 계산하는 또 다른 완전히 다른 방법을 찾았습니다.이를 매트릭스 역학이라고합니다. 또 다른 사람인 Dirac은 매트릭스 기계적 및 파동 방정식 공식이 동일하다는 것을 증명했습니다.

이제 택을 다시 전환해야합니다. 행렬과 그 친구 벡터는 무엇입니까?

벡터와 행렬-또는 희망적으로 고통없는 선형 대수

벡터는 가장 간단한 화살표입니다. 그것들은 좌표 평면에 있고 수학입니다. 그러나 그들은 화살표입니다. (또는 프로그래머의 관점에서 숫자 목록이라고 부를 수도 있습니다.) 그것들은 크기와 방향이있는 수량입니다. 일단 우리가 벡터에 대한 아이디어를 가지게되면 우리는 이것을 무엇에 사용할 수 있습니까? 글쎄, 아마도 가속이있을 것이다. 예를 들어 1 m / s 에서 오른쪽으로 가속하고 있습니다. 그것은 벡터로 표현 될 수 있습니다. 그 화살표의 길이는 내가 얼마나 빠르게 가속되는지를 나타내며, 화살표는 x 축을 따라 오른쪽을 가리키며, 일반적으로 화살표의 꼬리는 원점에 위치합니다. [2, 3]과 같은 것을 쓰면 벡터가됩니다. 이것은 꼬리가 원점에 있고 (2, 3)에 점이있는 벡터입니다.$^2$

우리는이 벡터들을 가지고 있습니다. 그들과 함께 어떤 종류의 수학을 할 수 있습니까? 벡터를 어떻게 조작 할 수 있습니까? 벡터에 3 또는 2와 같은 일반 수 (스칼라라고 함)를 곱하여 늘리거나 축소 (분수 인 경우)하거나 뒤집기 (음수 인 경우) 할 수 있습니다. (6, 5)와 같은 벡터 (2, 3) + (4, 2)가 있으면 벡터를 아주 쉽게 더하거나 뺄 수 있습니다. 이에 관심, 최대 보면 -이 또한 제품과 우리가 여기에 도착하지 않을 크로스 제품 DOT라는 물건 3blue1brown의 선형 대수 시리즈 매우 접근, 실제로 당신이하는 방법을 가르치고, 어떻게 그것을하고 멋진 방법입니다 이 물건에 대해 배울 수 있습니다.

이제 하나의 좌표계가 있고 벡터가 있고 그 벡터를 새로운 좌표계로 옮기고 싶다고합시다. 이를 위해 매트릭스라고하는 것을 사용할 수 있습니다. 기본적으로 시스템에서 및 라는 두 개의 벡터를 정의하고 i-hat 및 j-hat을 읽을 수 있습니다 (실제 평면에서 2 차원으로이 모든 작업을 수행합니다. 복소수 ( )를 가진 차원 벡터 도 있지만 단순성을 위해 무시하고 있습니다.) x는 1 단위, y는 1 단위 인 벡터입니다. 0, 1) 및 (1, 0). J$\hat{i}$$\hat{j}$$\sqrt{-1} = i$

그런 다음 새로운 좌표계에서 i-hat과 j-hat의 위치를 ​​봅니다. 행렬의 첫 번째 열에는 i-hat의 새 좌표를 쓰고 두 번째 열에는 j-hat의 새 좌표를 씁니다. 이제이 행렬에 벡터를 곱하고 새 좌표계에서 해당 벡터를 얻을 수 있습니다. 이것이 작동하는 이유는 벡터를 선형 조합이라고하는 벡터로 다시 작성할 수 있기 때문입니다. 즉, (2, 3)을 2 * (1, 0) + 3 * (0, 1)로 다시 쓸 수 있습니다. 즉, 2 * i-hat + 3 * j-hat입니다. 행렬을 사용할 때 이러한 스칼라에 "새로운"i-hat 및 j-hat을 효과적으로 다시 곱합니다. 다시 관심이 있다면 3blue1brown의 비디오를 참조하십시오. 이 행렬은 많은 분야에서 많이 사용되지만 이름 행렬 역학의 유래입니다.

모두 함께 묶어

이제 행렬은 좌표 평면의 회전을 나타내거나 좌표 평면이나 다른 많은 것들을 늘리거나 줄입니다. 그러나이 행동 중 일부는 ... 친숙한 것 같지 않습니까? 우리의 작은 특별한 동전은 그런 소리입니다. 우리는이 회전 아이디어를 가지고 있습니다. 수평 상태를 i-hat, 수직을 j-hat으로 나타내고 동전의 회전이 선형 조합을 사용하는 것을 설명하면 어떨까요? 그것은 효과가 있으며 시스템을 훨씬 쉽게 설명 할 수 있습니다. 우리의 작은 동전은 선형 대수를 사용하여 설명 할 수 있습니다.

선형 대수학으로 설명 할 수있는 것이 무엇이고 이상한 확률과 측정이 있습니까? 양자 역학. (특히, 선형 조합에 대한이 아이디어는 중첩이라고 불리는 아이디어가되는데,이 아이디어는 "정확히 정확하지 않은 지점까지 동시에"두 개의 상태 "에서 나온 전체 아이디어가 과도하게 단순화 된 곳입니다.)이 특별한 동전들은 양자 역학적 물체 일 것. 양자 역학적 물체는 어떤 것들입니까?

• 광자
• 초전도체
• 원자의 전자 에너지 상태

달리 말하면, 이산 에너지 (quanta) 거동을 갖지만 파동처럼 행동 할 수있는 것은 무엇이든 서로 방해 할 수 있습니다.

우리는이 특별한 양자 기계식 동전을 가지고 있습니다. 우리는 무엇을 부를까요? 그들은 비트와 같은 정보 상태를 저장하지만 양자입니다. 그들은 큐빗입니다. 이제 어떻게해야합니까? 우리는 매트릭스 (ahem, gates)로 저장된 정보를 조작합니다. 결과를 얻기 위해 측정합니다. 요컨대, 우리는 계산합니다.

이제, 우리는 큐 비트에서 무한한 양의 정보를 인코딩 할 수없고 여전히 액세스 할 수 있다는 것을 알고 있습니다 ( "쉐익스피어 코인"의 참고 사항 참조). 그렇다면 큐 비트의 장점은 무엇입니까? 정보의 여분의 비트가 다른 모든 큐 비트에 영향을 줄 수 있으며 (이것은 중첩 / 선형 조합 아이디어 임) 다시 확률에 영향을 미치므로 귀하의 답변에 영향을 미치지 만 사용하기가 매우 어렵습니다. 양자 알고리즘이 거의 없습니다.

특수 동전 대 일반 동전-또는 qubit가 다른 점은 무엇입니까?

우리는이 큐빗을 가지고 있습니다. 그러나 블루는 좋은 지적을 제시합니다.

과 같은 양자 상태 는 공중에서 던질 때 동전과 다른 방식 머리 나 꼬리가 될 수있는 50-50 확률. 왜 우리는 고전 동전이 "큐빗"이라고 말하거나 고전 동전 세트를 큐빗 시스템이라고 부를 수 없습니까?$\frac{1}{\sqrt{2}}|0\rangle + \frac{1}{\sqrt{2}}|1\rangle$

몇 가지 차이점이 있습니다-측정이 작동하는 방식 (제 4 항 참조), 전체 중첩 아이디어-정의 차이점 (Mithrandir24601이 채팅에서 지적했으며 동의합니다)은 종 불평등을 위반하는 것입니다.

다른 압정을 봅시다. 양자 역학이 개발 될 당시에는 큰 논쟁이있었습니다. 그것은 아인슈타인과 보어 사이에서 시작되었습니다. 슈뢰딩거의 파동 이론이 개발되었을 때 양자 역학은 확률론이 될 것이 분명했다. 보어는이 확률 론적 세계관에 관한 논문을 발표했다.

여기서 결정론의 모든 문제가 발생합니다. 우리의 양자 역학의 관점에서 볼 때, 어떤 경우에도 충돌의 결과를 인과 적으로 수정하는 양은 없습니다. 그러나 실험적으로 우리는 충돌의 명확한 결과를 조건으로하는 원자의 내부 특성이 있다고 믿을만한 근거가 지금까지 없다. 나중에 그러한 속성을 발견하고 개별 사례로 결정하기를 바랍니다. 아니면 인과 적 진화를위한 조건을 규정 할 수 없다는 이론과 실험의 합의가 그러한 조건이 존재하지 않는 것에 대해 미리 확립 된 조화라고 믿어야합니까? 나 자신은 원자 세계에서 결정론을 포기하는 경향이있다. 그러나 그것은 물리적 인 주장만으로는 결정적이지 않은 철학적 질문입니다.

결정론에 대한 아이디어는 한동안 남아있었습니다. 아마도이 주제에 대해 가장 유명한 인용문 중 하나는 Laplace에서 나온 것입니다.

특정 순간에 자연을 움직이는 모든 힘과 자연을 구성하는 모든 항목의 모든 위치를 알 수있는 지성 우주의 가장 큰 몸과 가장 작은 원자의 운동; 그러한 지성을 위해 어떤 것도 불확실하지 않으며 과거와 같은 미래가 눈앞에 존재할 것입니다.

결정론의 개념은 현재 상태에 대해 알아야 할 모든 것을 알고 우리가 가지고있는 물리 법칙을 적용하면 미래를 (효과적으로) 파악할 수 있다는 것입니다. 그러나 양자 역학은이 아이디어를 확률 적으로 소멸시킵니다. "저는 원자의 세계에서 결정론을 포기하는 경향이 있습니다." 이것은 큰 거래입니다!

알버트 아인슈타인의 유명한 답변 :

양자 역학은 매우 가치가 있습니다. 그러나 내면의 목소리는 이것이 아직 옳지 않은 트랙이라는 것을 말해줍니다. 이론은 많은 것을 산출하지만 그것은 우리를 구약의 비밀에 더 가깝게 만들지는 않습니다. 어쨌든 나는 주사위를 쓰지 않는다고 확신합니다.

(보어의 반응은 분명히 "하나님 께 무엇을해야하는지 말하지 말라"고하지만 어쨌든)

한동안 논쟁이있었습니다. 숨겨진 변수 이론이 나타났습니다. 단지 확률이 아니 었습니다. 입자가 측정 될 때 "알 수있는"방법이있었습니다. 그것은 모두 우연이 아니었다. 그리고 벨 불평등이있었습니다. Wikipedia를 인용하면

가장 간단한 형태로 벨의 정리는

국소 숨겨진 변수에 대한 물리적 이론은 양자 역학의 모든 예측을 재현 할 수 없습니다.

그리고 실험적으로이를 확인할 수있는 방법을 제공했습니다. 사실입니다-순수한 가능성입니다. 이것은 고전적인 행동이 아닙니다. 모든 가능성, 가능성은 중첩을 통해 다른 기회에 영향을 미친 다음 측정시 단일 상태로 "붕괴"합니다 (코펜하겐 해석을 따르는 경우). 요약하면, 첫째, 측정은 양자 역학에서 근본적으로 다르며, 둘째로 양자 역학이 결정적이지 않다는 것입니다. 이 두 가지 점은 큐 비트를 포함한 모든 양자 시스템이 기본 시스템과 근본적으로 다르다는 것을 의미합니다.

작은 면책

xkcd가 현명하게 지적 할 때, 모든 비유는 근사치입니다. 이 답변은 전혀 공식적인 것이 아니며, 이것에 더 많은 것들이 있습니다. 조금 더 공식적인 (아직 공식적인 것은 아니지만) 설명 으로이 답변에 추가하고 싶습니다. 그러나 이것을 명심하십시오.

자원

• Nielsen and Chuang, 양자 컴퓨팅 및 양자 정보. 양자 컴퓨팅의 성경.

• 3blue1brown의 선형 대수 및 미적분 과정은 수학에 아주 좋습니다.

• Michael Nielsen (예, 위의 교과서를 공동 저술 한 사람)은 Quantum Computing for the Depended라는 비디오 시리즈를 가지고 있습니다. 10/10 권장합니다.

• quirk는 당신이 가지고 놀 수있는 양자 컴퓨터의 훌륭한 작은 시뮬레이터입니다.

• 나는이 주제 A를 일부 블로그 게시물을 쓴 뒤 잠시 찾을 수 있습니다 (당신은 매우 좋지 않다 내 읽기, 쓰기, 괜찮다면) 여기에 기본 및 최대에 직장에서 시작하는 시도.

큐비 트는 2 차원 양자 시스템이며 비트의 양자 일반화입니다. 비트와 마찬가지로 큐비 트는 상태 0및에 있을 수 있습니다 1. 양자 표기법에서는 및 합니다. 그들은 또한 같은 중첩 상태에있을 수 있습니다| 1 $|0\rangle$$|1\rangle$

여기서 와 는 일반적으로 복소수입니다. 그러나이 답변에 대해서는 정상적인 실수라고 가정합니다. 이 상태에 지정한 이름, 은 단지 편의를위한 것입니다. 더 깊은 의미가 없습니다.β | ψ 0$\alpha$$\beta$$|\psi_0 \rangle$

큐 비트에서 출력을 추출하는 것은 측정이라는 프로세스에 의해 수행됩니다. 가장 일반적인 측정은 측정 이라고합니다 . 이것은 큐 비트가 또는 인지 질문하는 것을 의미합니다 . 위와 같은 중첩 상태에있는 경우 출력은 무작위입니다. 당신은 얻을 것이다 확률로 와 확률로 (그래서 분명이 숫자 만족 (필요 ).α 2 α 2 α 2 + β 2 = $Z$010$\alpha^2$1$\alpha^2$$\alpha^2+\beta^2=1$

$\alpha |0\rangle + \beta |1\rangle$

$|\psi_0\rangle$$|0\rangle$$|1\rangle$$|\psi_0\rangle$

$|\psi_0\rangle$$|\psi_1\rangle$$|\psi_0\rangle$$|\psi_1\rangle$$|0\rangle$$|1\rangle$$|\psi_0\rangle$$|\psi_1\rangle$

$|0\rangle$$|1 \rangle$

$n$$2^n$$n$

그러나 그것이 어떻게 작동하는지에 관해서는이 Stack Exchange의 나머지 질문과 답변을 참조해야합니다.

물리적으로 "양자 비트"는 무엇입니까? "양자"는 어떻습니까?

먼저 클래식 비트의 예를 들어 보겠습니다.

• CPU에서 : 저전압 = 0, 고전압 = 1
• 하드 드라이브에서 : 북쪽 자석 = 0, 남쪽 자석 = 1
• 라이브러리 카드의 바코드에서 : 얇은 막대 = 0, 두꺼운 막대 = 1
• DVD에서 : 디스크에 깊은 미세한 구멍이 없음 = 0, 존재 = 1

모든 경우에 다음 사이에 무언가가있을 수 있습니다.

• "저전압"이 0mV이고 "고전압"이 1mV이면 중간 전압이 0.5mV 일 수 있습니다.
• 북서쪽과 같은 방향으로 자석을 편광시킬 수 있습니다.
• 당신은 어떤 너비의 바코드에 선을 가질 수 있습니다
• DVD 표면에 다양한 깊이의 구덩이를 가질 수 있습니다

양자 역학에서는 사물이 "quanta"라는 "패키지"에만 존재할 수 있습니다. "quanta"의 단수는 "quantum" 입니다. 이것은 바코드 예에서, 얇은 선이 하나의 "양자"인 경우, 두꺼운 선은 얇은 선 크기의 두 배 (2 퀀타) 일 수 있지만 얇은 선 두께의 1.5 배일 수는 없습니다 . 라이브러리 카드를 보면 원하는 경우 얇은 선 크기의 1.5 배인 두께의 선을 그릴 수 있습니다. 이것이 바코드 비트가 큐 비트가 아닌 이유입니다.

양자 역학의 법칙이 0과 1 사이의 어떤 것도 허용하지 않는 것들이 있습니다. 몇 가지 예는 다음과 같습니다.

• 전자의 스핀 : 위 (0) 또는 아래 (1)이지만 사이에있을 수 없습니다.
• 전자의 에너지 수준 : 첫 번째 수준은 0, 두 번째 수준은 1, 1.5 수준과 같은 것은 없습니다

큐 비트가 물리적으로 될 수있는 두 가지 예, 전자의 스핀 또는 전자의 에너지 수준에 대한 두 가지 예를 들었습니다.

양자 컴퓨팅에서 어떤 목적을 수행합니까?

$n$$2^n$

큐 비트 (quantum bit)는 2 차원 복소 벡터 공간 ( "live in")으로 완전히 설명 할 수있는 양자 시스템입니다.

$|0\rangle$$|1\rangle$$|0\rangle$$|1\rangle$$|0\rangle$$|1\rangle$

계산을 수행하려면 하나 또는 두 개의 큐 비트에서 작동하는 "완전한"작업 세트를 유도 할 수도 있어야합니다. 작업을 유도하지 않을 때는 큐 비트가 서로 상호 작용해서는 안됩니다. 환경과의 상호 작용이 억제되지 않으면 큐 비트가 서로 상호 작용합니다.

그런데 고전적인 비트는 qubit보다 훨씬 간단합니다. 부울 변수로 설명 할 수있는 시스템

양자 기술 (광자, 원자 등)에서 관찰되는 모든 것은 비트 (0 또는 1)입니다.

본질적으로 양자 비트가 무엇인지 실제로 아는 사람은 없습니다. 어떤 사람들은 그것이 "0"과 "1"인 물체라고 말합니다. 다른 사람들은 평행 우주와 관련이 있다고 말합니다. 그러나 물리학 자들은 그것이 무엇인지 알지 못하고 입증되지 않은 해석을 생각해 냈습니다.

이 "혼란"의 이유는 다음 두 가지 요인 때문입니다.

(1) 양자 기술을 일반 비트로 생각하면 설명 할 수없는 놀라운 작업을 수행 할 수 있습니다. 따라서 "quantum"비트라는 레이블이 붙은 추가 요소가 있어야합니다. 그러나 중요한 부분은 다음과 같습니다.이 추가 "양자"요소는 직접 감지 할 수 없습니다. 우리가 관찰 한 것은 시스템을 "보면"정상적인 비트입니다.

(2)이 여분의 "양자"물질을 "보는"방법은 수학을 통하는 것입니다. 따라서 큐 비트에 대한 올바른 설명은 수학적인 것이며, 그에 대한 모든 번역은 아직 입증되지 않은 해석입니다.

요약하면, 양자 비트가 무엇인지 아는 사람은 없습니다. 우리는 양자 기술에 비트 이상의 무언가가 있다는 것을 알고 있습니다. 우리는 "양자"비트로 표시합니다. 그리고 지금까지 유일하게 유효한 (만족스럽지 않은) 설명은 수학적입니다.

희망이 도움이됩니다.