Кубит

КУБИТ (д-бит, от quantum bit – квантовый бит), минимальная единица передаваемой или хранимой квантовой информации, аналогичная биту в классической информации.

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

С физической точки зрения кубит представляет собой чистое состояние квантовой двухуровневой системы, соответствующей реальному физическому объекту (например, поляризация фотона, состояние электрона в одиночном атоме, направление спина ядра в однородном магнитном поле). Хотя состояние кубита описывается волновой функцией и строго определено, отдельные измерения дают вероятностные результаты. Вероятность измерить кубит в состояниях |0) и |1) равна |α|2 и |β|2 соответственно.

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

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

Лит.: Физика квантовой информации / Под редакцией Д. Боумейстера и др. М., 2002; Нильсен М. А., Чанг И. Квантовые вычисления и квантовая информация. М., 2006.

С. П. Кулик.