Researchers-Break-Room-Temperature-Quantum-Bit-Storage-Record

Квантовый бит или кубит

Использование квантовой системы с двумя уровнями энергии для решения слож­ных вычислительных задач было впервые предложено в 1981 году знаменитым физиком Ричардом Фейнманом во время его речи на конференции “Physics of Computation”, проводившейся в Массачусетском Технологическом Институте. Годом позже его речь была напечатана в журнале “International Journal of Theoretical Physics”, а еще через год-другой, чуть менее известный физик, Стивен Визнер в своей ста­тье “Conjugate Coding” ввел в обращение термин "кубит" (QuBit - квантовый бит). С тех пор кубит был лелеемой квантовыми теоретиками мечтой, которая, бла­годаря прогрессу микро- и нанотехнологии, начала находить свое физическое воплощение около двадцати лет назад.

image001

Что же такое "квантовый бит" и чем он отличается от обычного, классического? Предлагаем взглянуть на картинку ниже. Классический бит, используемый в привычных всем компьютерах, может принимать значения либо "0", либо "1". У квантового бита в принципе нет  определенного значения до того, как мы его измерили. Принято говорить, что он находится в определенном "состоянии". Как уже говорилось выше, состояния у кубита два, назовем их  \left| 0 \right> и  \left| 1 \right> (эти странные скобки ученые договорились использовать, чтобы отличать состояния от обычных чисел 0 и 1). И тут начинается самое странное: в общем случае кубит находится не в одном из этих основных состояний, а в некоторой их суперпозиции   \alpha\left| 0 \right> + \beta\left| 1 \right> , которая и дает изображенную на картинке ниже сферу.

Классический и квантовый бит

Классический и квантовый бит

Очень удобно представлять себе состояние кубита в виде единичного вектора, исходящего из центра сферы, конец которого лежит на ее поверхности. Пробегая все возможные состояния, конец этого вектора и дает множество значений, которые может принимать отдельный кубит. Но на этом дело не заканчивается: при измерении кубита мы, в результате, все равно получим либо "1", либо "0" - проекцию состояния кубита на вертикальную ось! Но происходить это будет вероятностным образом, т.е. мы будем чаще получать "0" или "1", в зависимости от того, выше или ниже экватора сферы лежал вектор состояния кубита. А если вектор состояния лежит в экваториальной плоскости сферы, то мы будем в половине измерений получать "1", а в половине "0".

Будущий квантовый компьютер

Будущий квантовый компьютер

В своей оригинальной статье Фейнман предложил использовать в качестве кубитов привычные всем фотоны, а в качестве двух энергетических состояний кубитов – верти­кальную и горизонтальную поляризацию фотонов. В дальнейшем были пред­ложены многие другие физические реализации кубитов: спины ядер и электронов, квантовые точки, NV-центры в алмазах, захваченные ионы и атомы, сверхпроводящие кубиты на джозефсоновских переходах и др. Каждая из данных реализаций обладает своими достоин­ствами и недостатками, определяемыми ее физической сущностью. А в следующей статье мы более подробно рассмотрим самую технологически развитую и многообещающую реализацию - сверхпроводящие кубиты.

P.S. если вам понравилась статья, вступайте в наше сообщество Вконтакте, подписывайтесь на нас и рассказывайте друзьям!

Комментарии: