КУБИ́Т

КУБИ́Т ($q$-бит, от quantum bit – кван­то­вый бит), ми­ним. еди­ни­ца пе­ре­да­вае­мой или хра­ни­мой кван­то­вой ин­фор­ма­ции, ана­ло­гич­ная би­ту в клас­сич. ин­фор­ма­ции.

Ма­те­ма­ти­че­ски К. – это век­тор в дву­мер­ном гиль­бер­то­вом про­стран­ст­ве, ко­то­рый за­да­ёт­ся на­бо­ром двух ба­зис­ных век­то­ров $∣ 0〉$ и $∣ 1〉$, ана­ло­гич­ных зна­че­ни­ям «0» и «1» клас­сич. би­та. К. от­лича­ет­ся от клас­сич. би­та тем, что его мож­но пред­ста­вить су­пер­по­зи­ци­ей $|\varphi 〉=α ∣0〉+β ∣ 1〉$, где $α$ и $β$ – лю­бые ком­плекс­ные чис­ла, удов­ле­тво­ряю­щие ус­ло­вию $∣α∣^2+∣β∣^2=1$. Т. о., нель­зя ска­зать, что К. пред­став­лен ли­бо век­то­ром $∣ 0〉$, ли­бо век­то­ром $∣ 1〉$ – это лишь две воз­мож­но­сти из бес­ко­неч­но­го мно­го­об­ра­зия со­стоя­ний. Пре­об­ра­зо­ва­ния, со­вер­шае­мые над К., опи­сы­ва­ют­ся опе­ра­то­ра­ми.

С фи­зич. точ­ки зре­ния К. пред­став­ля­ет собой чис­тое со­стоя­ние кван­то­вой двух­уров­не­вой сис­те­мы, со­от­вет­ст­вую­щей ре­аль­но­му фи­зич. объ­ек­ту (напр., по­ля­ри­за­ция фо­то­на, со­стоя­ние элек­тро­на в оди­ноч­ном ато­ме, на­прав­ле­ние спи­на яд­ра в од­но­род­ном маг­нит­ном по­ле). Хо­тя со­стоя­ние К. опи­сы­ва­ет­ся вол­но­вой функ­ци­ей и стро­го оп­ре­де­ле­но, отд. из­ме­ре­ния да­ют ве­ро­ят­но­ст­ные ре­зуль­та­ты. Ве­ро­ят­ность из­ме­рить К. в со­стоя­ни­ях $∣ 0〉$ и $∣ 1〉$ равна $∣α∣^2$ и $∣β∣^2$ соответственно.

Фи­зич. пре­об­ра­зо­ва­ния над К. осу­ще­ст­в­ля­ют­ся пу­тём воз­дей­ст­вия на со­от­вет­ст­вую­щие сте­пе­ни сво­бо­ды кван­то­во­го объ­ек­та. Напр., по­ля­ри­за­ци­он­ные К. пре­об­ра­зу­ют­ся при по­мо­щи фа­зо­вых пла­сти­нок, со­стоя­ние элек­тро­на в двух­уров­не­вом ато­ме за­да­ёт­ся при­ло­же­ни­ем им­пуль­са ре­зо­нанс­но­го элек­тро­маг­нит­но­го по­ля оп­ре­де­лён­ной дли­тель­но­сти и ам­пли­ту­ды.

Не­сколь­ко К. мо­гут об­ра­зо­вы­вать пе­ре­пу­тан­ные (сце­п­лен­ные) со­стоя­ния, для ко­то­рых вол­но­вая функ­ция не сво­дит­ся к пря­мо­му про­из­ве­де­нию вол­но­вых функ­ций отд. ку­би­тов.