Was ist der Unterschied zwischen einem Qubit und einem Quantenzustand?

Im Allgemeinen wird ein Qubit mathematisch als Quantenzustand der Form dargestellt , mit der Basis { | 0 ⟩ , | 1 ⟩ } . Es scheint mir, dass ein Qubit nur ein Begriff ist, der im Quantencomputer und in der Information verwendet wird, um einen Quantenzustand (dh einen Vektor) eines Systems zu bezeichnen.$\lvert \psi\rangle = \alpha \lvert 0\rangle + \beta \lvert 1\rangle$$\{ \lvert 0\rangle, \lvert 1\rangle \}$

Gibt es einen grundlegenden Unterschied zwischen einem Qubit und einem Quantenzustand? Was ist mehr für ein Qubit als der Quantenzustand, den es darstellt?

Hier sind einige Dinge zu unterscheiden, die häufig von Experten zusammengeführt werden, da wir diese Begriffe schnell und informell verwenden, um Intuitionen zu vermitteln, anstatt auf die Weise, die für Anfänger am transparentesten wäre.

1. A „Qubit“ kann sich auf einem kleinen System beziehen, das aufweist einen quantenmechanischen Zustand.

   Die Zustände eines quantenmechanischen Systems bilden einen Vektorraum. Die meisten dieser Zustände können nur unvollkommen voneinander unterschieden werden, da die Möglichkeit besteht, einen Zustand mit dem anderen zu verwechseln, unabhängig davon, wie geschickt Sie versuchen, sie zu unterscheiden. Man kann dann die Frage einer Reihe von Zuständen stellen, ob sie alle perfekt voneinander unterscheidbar sind.

   Ein "Qubit" ist ein Beispiel für ein quantenmechanisches System, für das die größte Anzahl perfekt unterscheidbarer Zustände zwei ist. (Es gibt viele verschiedene Sätze perfekt unterscheidbarer Zustände, aber jeder dieser Sätze enthält nur zwei Elemente.) Dies können sein

   • $\lvert \mathrm H \rangle$$\lvert \mathrm V \rangle$$\lvert \circlearrowleft \rangle$$\lvert \circlearrowright \rangle$

   • $\lvert \uparrow \rangle$$\lvert \downarrow \rangle$$\lvert \rightarrow \rangle$$\lvert \leftarrow \rangle$

   • $\lvert E_1 \rangle$$\lvert E_2 \rangle$
     
     

   $\lvert 0 \rangle$$\lvert 1 \rangle$$\lvert 0 \rangle$$\lvert 1 \rangle$$\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$$\lvert \alpha \rvert^2 + \lvert \beta \rvert^2 = 1$

2. $\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$

3. $\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$$\lvert \psi_0 \rangle$$\lvert \psi_1 \rangle$$\lvert \Psi \rangle$$\alpha \lvert \psi_0 \rangle + \beta \lvert \psi_1 \rangle$$\lvert \psi_j \rangle$$\lvert \Psi \rangle$$n$$n$

Dies mag verwirrend erscheinen, unterscheidet sich jedoch nicht von dem, was wir die ganze Zeit mit klassischen Berechnungen machen.

• Wenn in einer C-ähnlichen Sprache ich schreibe int x = 5;verstehen Sie wahrscheinlich , dass xeine ganze Zahl (eine ganze Zahl Variable , die ist), die speichert eine ganze Zahl 5(eine ganze Zahl Wert ).

• Wenn ich dann schreibe x = 7;, meine ich nicht, dass dies xeine ganze Zahl ist, die beiden 5und gleich ist 7, sondern dass xes sich um eine Art Container handelt und dass wir ändern, was er enthält.

Und so weiter - diese Art und Weise, wie wir den Begriff "Qubit" verwenden, ist genau so, wie wir den Begriff "Bit" verwenden, nur dass wir den Begriff für Quantenzustände anstelle von Werten und für kleine physikalische Werte verwenden Systeme statt Variablen oder Register. (Oder besser gesagt: Die Quantenzustände sind die Werte bei der Quantenberechnung, und die kleinen physikalischen Systeme sind die Variablen / Register.)