Qubit

En computación cuántica, un qubit () o bit cuántico es una unidad básica de información cuántica: la versión cuántica del bit binario clásico realizado físicamente con un bit de dos bits. dispositivo de estado. Un qubit es un sistema mecánico cuántico de dos estados (o dos niveles), uno de los sistemas cuánticos más simples que muestra la peculiaridad de la mecánica cuántica. Los ejemplos incluyen el espín del electrón en el que los dos niveles pueden tomarse como espín hacia arriba y hacia abajo; o la polarización de un solo fotón en el que los dos estados pueden tomarse como la polarización vertical y la polarización horizontal. En un sistema clásico, un bit tendría que estar en un estado u otro. Sin embargo, la mecánica cuántica permite que el qubit esté en una superposición coherente de ambos estados simultáneamente, una propiedad que es fundamental para la mecánica cuántica y la computación cuántica.

Etimología

La acuñación del término qubit se atribuye a Benjamin Schumacher. En los agradecimientos de su artículo de 1995, Schumacher afirma que el término qubit se creó en broma durante una conversación con William Wootters.

Bit frente a qubit

Un dígito binario, caracterizado como 0 o 1, se usa para representar información en las computadoras clásicas. Cuando se promedia sobre sus dos estados (0,1), un dígito binario puede representar hasta un bit de información de Shannon, donde un bit es la unidad básica de información. Sin embargo, en este artículo, la palabra bit es sinónimo de un dígito binario.

En las tecnologías informáticas clásicas, un bit procesado se implementa mediante uno de los dos niveles de bajo voltaje de CC y, mientras se cambia de uno de estos dos niveles al otro, se produce un llamado "zona prohibida" entre dos niveles lógicos debe pasar lo más rápido posible, ya que el voltaje eléctrico no puede cambiar de un nivel a otro instantáneamente.

Hay dos posibles resultados para la medición de un qubit, por lo general se considera que tiene el valor "0" y "1", como un bit o un dígito binario. Sin embargo, mientras que el estado de un bit solo puede ser 0 o 1, el estado general de un qubit según la mecánica cuántica puede ser una superposición coherente de ambos. Además, mientras que la medición de un bit clásico no perturbaría su estado, la medición de un qubit destruiría su coherencia y perturbaría irrevocablemente el estado de superposición. Es posible codificar completamente un bit en un qubit. Sin embargo, un qubit puede contener más información, por ejemplo, hasta dos bits usando codificación superdensa.

Para un sistema de n componentes, una descripción completa de su estado en física clásica requiere solo n bits, mientras que en física cuántica requiere 2ⁿ números complejos (o un solo punto en un espacio vectorial de 2ⁿ-dimensionales).

Representación estándar

En la mecánica cuántica, el estado cuántico general de un cuarto puede ser representado por una superposición lineal de sus dos estados de base ortonormal (o vectores de base). Estos vectores son generalmente denotados como ${displaystyle TENSITO0rangle ={bigl [begin{smallmatrix]1$