Quantum Bit (Qubit) چیست؟

Qubit یک سیستم مکانیکی کوانتومی دو حالته است. یک کیوبیت می تواند یک 0، یک یا یک برهم نهی از آن حالت ها را ذخیره کند. کیوبیت ها عناصری هستند که کامپیوترهای کوانتومی از طریق آنها کار می کنند. اینها، به طور کلی، می توانند به عنوان بیت های محاسباتی عمل کنند.

دو عملیات اساسی که بر روی کیوبیت ها انجام می شود، گیت ها و اندازه گیری های کوانتومی هستند که باید با دقت زیادی اعمال شوند، زیرا حتی کوچکترین تداخل می تواند حالت برهم نهی شکننده را از بین ببرد. به طور کلی، تعداد کیوبیت های مورد نیاز برای پیاده سازی یک کامپیوتر کوانتومی با پیچیدگی یک الگوریتم به صورت تصاعدی مقیاس می شود. به همین دلیل است که برخی از مشکلات ممکن است برای کامپیوترهای کلاسیک غیرقابل حل باشند، اما می توانند به راحتی در یک کامپیوتر کوانتومی حل شوند.

در کیوبیت، اسپین الکترون به طور همزمان بالا و پایین است. اندازه گیری این حالت برهم نهی با احتمال مساوی به بالا یا پایین برمی گردد. این یکی از چندین حالت برهم نهی کوانتومی است. کیوبیت می تواند به عنوان پایه ای برای انواع الگوریتم های مفید کوانتومی استفاده شود و ثابت شده است که برای عملیات محاسبات کوانتومی نوری خطی بهینه است.

به عنوان مثال، تنها در یک ده هزارم ثانیه، کیوبیت می تواند:

همه رمزهای عبور ممکن را به یکباره تست کنید.

دنباله ای دلخواه از محاسبات را انجام دهید که به هر دو مرحله قبلی و بعدی در یک محاسبات بستگی دارد.

با انجام محاسبات در نقاط مختلف فضا به طور همزمان، موازی سازی عظیم ایجاد کنید.

یک کانال ارتباطی امن ایجاد کنید که با بهره برداری از ویژگی های فیزیکی مانند قطبش، جهت و درهم تنیدگی از راه دور هک نشود.

کیوبیت همچنین ویژگی های کلیدی محاسبات کوانتومی را نشان می دهد – تمام محاسبات آن به صورت غیر خطی انجام می شود. ذاتاً احتمالی است و تمام کیوبیت های آن با یکدیگر در هم پیچیده هستند. این ویژگی‌ها کیوبیت‌ها را قادر می‌سازد تا محاسبات قدرتمند زیادی را انجام دهند که رایانه‌های کلاسیک نمی‌توانند انجام دهند، مانند حل مسائل دشوار که در آن رایانه‌های معمولی در حداقل‌های محلی گیر می‌کنند.

 

تفاوت بین Qubit و Bit

بیت واحد اصلی داده در محاسبات است. یک بیت فقط دو مقدار ممکن دارد که معمولاً با 0 و 1 نشان داده می شود که نشان دهنده خاموش و روشن، سطوح ولتاژ پایین و بالا و غیره است. در محاسبات کلاسیک، یک بیت می تواند در یک زمان تنها در یک حالت وجود داشته باشد.

کیوبیت (بیت کوانتومی) واحدی از داده های مورد استفاده در محاسبات کوانتومی است. در یک کامپیوتر کوانتومی، کیوبیت‌ها می‌توانند همزمان در چندین حالت وجود داشته باشند (ابرجا). استفاده از برهم نهی ها برای نمایش اطلاعات مزایای فوق العاده ای نسبت به رایانه های کلاسیک دارد.