بت كمومي

التمثيل الفيزيائي

وفي السياق ذاته، هنا قائمة غير مكتملة من تطبيقات فيزيائية للبتات الكمومية، واختيارات القاعدة تمت بالاصطلاح فقط.

علاوةً على ذلك، يمكن أن يُستعمل أي نظام 2-مستوى كبت كمومي. يمكن أن تستعمل كذلك الأنظمة متعددة المستويات، إذا كان لديها حالتين منفصلتين بفعالية عن البقية. هناك الكثير من المقترحات. عدة تطبيقات فيزيائية التي تقارب أنظمة 2-مستوى للأنظمة بدرجات مختلفة التي تحققت بنجاح. وكما هو الحال بالنسبة للبت الكلاسيكي حيث أن حالة الترانزيستور، حالة مغنطة سطح القرص الصلب، ووجود تيار في سلك كهربائي من عدمه، كلها تمثل البتات في نفس الكمبيوتر، من المرجح أن يستعمل الحاسب الكمي النهائي، تركيبات مختلفة من الكيوبتات في تصميمه.

تنوعات الكيوبت

وفي السياق ذاته، على غرار الكيوبت، qutrit هي وحدة الكم من المعلومات في نظام كمي 3-مستوى. هذا مماثل للوحدة الكلاسيكية للمعلومات trit. ومصطلح "qudit" يستعمل للدلالة على وحدة المعلومات الكمية في النظم  d-level الكمية.

العمليات على حالات البت الكمومي الصرف

من جانب آخر، هناك أنواع مختلفة من العمليات التي يمكن القيام بها على حالات الكيوبت الصرف.

علاوةً على ذلك، قياس القاعدة المعيارية هي العملية التي من خلالها تُجلب المعلومات عن حالة الكيوبت. نتيجة القياس تكون إما مع احتمال أو مع احتمال . قياس حالة كيوبت يغير قيم α وβ. فمثلًا، إذا كانت نتيجة القياس ، يتم تغيير α إلى 1 و  β إلى 0. علما أن قياس حالة الكيوبت متشابكة مع نظام كمي آخر يحول حالة صرفة إلى حالة مختلطة.

علاوةً على ذلك، البوابة المنطفية الكمومية يمكنها أن تأثر على كوبيت: رياضيا، يخضع الكيوبت لتحويل واحدي. تمثل التحويلات الواحدية دوران متجه الكيوبت في كرة بلوخ.

أصل المفهوم والتسمية

في هذا الإطار، يعود مصطلح «كوبيت»  إلى بنيامين شوماخر. في اقرارات من ورقته البحثية، يقول شوماخر أن مصطلح «كيوبت» اخترع عن طريق الدعابة فقط بسبب التشابه الصوتي مع كلمة "cubit" (التي هي وحدة قديمة لقياس الطول) أثناء محادثة مع وليام ووترز. توضح الورقة طريقة ضغط حالات مصدر معلومات كمومي لاستخدام أقل ما يمكن من الموارد المادية للتخزين. وتعرف هذه العملية الآن باسم ضغط شومخر.

وفي هذا السياق، مهد ستيفن ويزنر لتصور البت الكمومي بغير معرفة مسبقة في 1983 في اقتراحه لل quantum money الذي كان قد حاول نشره لأكثر من عقد.

التشابك

وفي هذا الصدد، تخيل كيوبتين متشابكين يتم اعطاء كل واحد لكل من أحمد ومحمد. أحمد ينجز قياس للكيوبت الخاص به،  يحصل على—مع تساوي الاحتمالات—إما أو. بسبب تشابك الكيوبتين يجب أن يحصل محمد بالضبط على نفس قياس أحمد; أي إذا قاس أحمد 0 . القياس نفسه، هي الحالة الوحيدة حيث كيوبت أحمد هو.  يتيح التشابك كذلك عدة حالات (مثل حالة بيل المذكورة أعلاه) أن تتخذ في وقت واحد، على عكس البتات الكلاسيكية التي لا يمكن أن يكون لها سوى قيمة واحدة في كل مرة. التشابك هو عنصر ضروري للحوسبة الكمية الذي لا يمكن القيام به بكفاءة على الكمبيوتر الكلاسيكي.

إضافةً إلى ذلك، الكثير من نجاحات الاتصال والحوسبة الكمية، مثل quantum teleportation والترميز superdense coding ، تستفيد من التشابك، مما يشير إلى أن التشابك هو المورد الفريد من نوعه لدى الحوسبة الكمية.

ومن جهة أخرى، من بين الفروقات الهامة بين البت الكمومي والبت الكلاسيكي هو أنه بإمكان عدة كيوبتات أن تبدي تشابك كمي. التشابك هو خاصية غير محلية التي تتيح مجموعة من الكيوبت أن تبدي أعلى ارتباط مما هو ممكن في النظم الكلاسيكية. خذ مثلًا، كيوبتين متشابكين في حالة بيل

علاوةً على ذلك، في هذه الحالة المسماة تراكب متساوي، هناك تساوي احتمالات قياس إما أو ، .

مقارنة بين البت والبت الكمومي

من جهة ثانية، يتشابه الكيوبت في بعض النقط مع البت التقليدي، لكنه بشكل عام يختلف كثيرا عنه. هناك نتيجتين محتملة لقياس كيوبت، عادة 0 و1،  مثل البت. لكن الفرق هو أنه في حين أن حالة بت يمكن أن تكون إما 0 أو 1، حالة الكيوبت يمكن كذلك أن تكون كتراكب لكلا الحالتين. من الممكن ترميز بت واحد في كوبيت واحد. في حين، كوبيت يمكن أن يخزن معلومات أكثر، مثلًا يصل إلى اثنين من البت باستخدام تشفير superdense coding.

من جهة ثانية، يمكن وصف كامل لحالة نظام مكون من n مكونات، في الفيزياء الكلاسيكية يتطلب ذلك فقط n بت، بينما في فيزياء الكم يتطلب  2n−1 من الأعداد المركبة.

كذلك، البت هو أصغر وحدة ناقلة، أو حاملة للمعلومات. ويستعمل لمعالجة المعلومات عبر الحواسب.  بغض النظر عن البنية الفيزيائية لتخزين البت، لدى هذا الأخير حالتين تمثل عادة ب 0 أو 1 لكن يمكن أن يُمثل حسب التطبيق بشكل عام، مثلا «صحيح» أو «خطأ» أو أي اختيارين متعارضين. مثلا يمكن اعتبار حالة مفتاح المصباح ك 1 عند التشغيل و0 عند الإطفاء.

التمثيل

إضافةً إلى ذلك، تعرف الحالتين الإثنين التي يمكن أن يقاس عليها الكيوبت بحالات القاعدة (أو متجهات القاعدة). كما جرت العادة مع أي نوع من الحالات الكمية، فهي تمثل بواسطة تمثيل ديراك—أو «رمز براكيت». يعني أن حالتي القاعدة تكتب، اصطلاحا،  كالتالي: و (تُلفظ "ket 0" و"ket 1").

تخزين الكيوبت

كذلك، في ورقة بعنوان: "Solid-state quantum memory using the 31P nuclear spin"، التي نشرت في تشرين الأول / أكتوبر 23, 2008 من مجلة  الطبيعة، قام فريق من العلماء من المملكة المتحدة والولايات المتحدة عن أول نقل طويل وثابت نسبيا (1.75 ثانية) لحالة تراكب في لف إلكترون «معالجة» كيوبت إلى لف نووي «ذاكرة» كوبيت. هذا الحدث يمكن اعتباره نسبيا أول تخزين ثابت للمعلوومات الكمية، خطوة حيوية نحو تطوير الحوسبة الكمومية. مؤخرا تم تعديل أنظمة مماثلة (باستخدام مكونات مشحونة بدلا من محايدة) وهذا مدد إلى حدّ كبير هذه المدة  إلى 3 ساعات في درجات حرارة منخفضة جدا و39 دقيقة في درجة حرارة الغرفة. إعداد Qbit على أساس لف الإلكترون بدلا من لف النوية كان قد أثبت كذلك من قبل فريق من العلماء من سويسرا وأستراليا.

• انظر كذلك
• حاسوب كمومي
• حوسبة ضوئية
• خط زمني للحوسبة الكمومية
• نظام IBM كوانتم سيستم ون
• مراجع

حالات الكيوبت

كذلك، حيث α وβ هي سعات الإحتمالات ويمكن بشكل عام أن تكون أعداد مركبة.

إضافةً إلى ذلك، عندما نقيس البت الكمومي في ال standard basis ، احتمال النتيجة هو واحتمال النتيجة هو . لأن مربعات المعيار تعطي الاحتمالات، ويترتب على ذلك العلاقة التالية التي تقيد قيم ألفا وبيتا:

من جانب آخر، حالة الكيوبت الصرف هي عبارة عن تراكب خطي لحالة القاعدة. وهذا يعني أن الكيوبت يمكن أن يمثل كتركيبة خطية من و :

كرة بلوخ

في هذا الإطار، ممكن أن نعاين الحالات الممكنة للكيوبت الواحد باستخدام كرة بلوخ (انظر الرسم). ممثلة في فلكة، البت التقليدي يمكن أن يكون فقط في «القطب الشمالي» أو «القطب الجنوبي» في مواقع و على التوالي. بقية سطح الكرة غير متاح للبت الكلاسيكي، ولكن حالة الكيوبت الصرف يمكن أن تُمثل كأي نقطة على سطح الكرة. مثلًا، حالة الكيوبت سوف تقع على خط استواء الكرة، على الجزء الموجب للمحور y.

ومن جهة أخرى، يبدو للوهلة الأولى أنه يجب أن تكون هناك أربع درجات من الحرية، و أعداد مركبة مع درجتين من الحرية لكل منهما. ومع ذلك، فإن درجة واحدة من الحرية يتم إزالتها بسبب القيد |α|2 + |β|2 = 1, التي يمكن أن تعتبر على أنها معادلة 3-sphere مضمنة في 4-الأبعاد المكانية بقطر 1. هذا يعني مع تغيير مناسب للإحداثيات، أن واحدة يمكن أن تحذف واحدة من درجات الحرية. خيار ممكن هو  إحداثيات Hopf :

علاوةً على ذلك، سطح الكرة هو الفضاء ثنائي الأبعاد الذي يمثل حالة الفضاء لحالات للكيوبت الصرف. حيث لها  درجتين من الحرية.

من جهة ثانية، من الممكن وضع البت الكمومي في حالة كمومية مختلطة أو حالة ممزوجة، مزيج إحصائي من حالات محضة مختلفة. ويمكن أن تمثل الحالات المختلطة بنقط تقع داخل كرة بلوخ. للحالة المختلطة ثلاث درجات حرية: الزوايا و وكذلك الطول للمتجه الذي يمثل هذه الحالة.

إضافةً إلى ذلك، علاوةً على ذلك، الطور  ei ψ للكيوبت الواحد، لا يحمل أي نتائج فيزيائية ملحوظة، لذا يمكننا، اعتباطيا، اختيار α كعدد حقيقي (أو β في حال α صفر)، وترك درجتين من الحرية فقط:

المسجل الكمي

كذلك، عدد من البتات الكمية مجتمعة معا هو مسجل كمي. أجهزة الكمبيوتر الكمومية تجري العمليات الحسابية عن طريق التلاعب بالكيوبتات ضمن سجل. ال qubyte (البايت الكمي) هو عبارة عن مجموعة من ثمانية كيوبت.