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量子位
发布时间:2022-09-23     作者:   来源:学习强国全国科学技术名词审定委员会   分享到:

量子位

quantum-bit,qubit

定义:量子信息基本单元。按狄拉克方法,用|0〉(0态)、|1〉(1态)或它们的线性叠加表示,物理上对应一个双态量子系统。

学科:计算机科学技术_计算机交叉学科_量子计算与量子信息学

相关名词:比特 量子信息 量子计算机

2020年11月19日,上海,2020长三角国际文化产业博览会,本源量子,本源超导6比特量子处理器。

【延伸阅读】

0和1是电子计算机里最小的信息单位,称为“位”(比特,bit)。在电子计算机里,所有信息都是用0和1的不同排列方式来表示的。例如,字母“N”表示为“1001110”。1和0,实际上分别对应着电信号的“有”和“无”。开关闭合时有电信号,设为1;开关断开时没有电信号,设为0。

在量子计算机里,使用的是“量子位”(量子比特,qubit)。与电子计算机的比特(普通比特)不同,量子比特能同时表示0和1,也就是能表示0和1的叠加态。当对量子比特进行观测时,叠加态就会“崩溃”(坍缩),确定为0或者1。

我们假设有10个比特(即10位),那么从0000000000到1111111111之中,0和1的排列方式会有210(1024)种,但比特每次只能表示其中的一种排列(信息),例如“0110110001”。因为量子比特可以同时表示0和1,所以10量子比特通过叠加可以同时表示1024种排列。在叠加态下进行计算,就可以同时计算全部1024种排列。例如,用量子比特表示的1~1024乘某个数时,计算次数不是1024次,而是1次就能完成。这是量子计算机的计算速度远胜电子计算机的原因之一。

量子计算机的计算效率会随着量子比特数量的增加而呈指数增长。例如,有10个量子比特,可以同时计算210(1024)种排列;如果有30个量子比特,则可以同时计算230(1073741824)种排列。量子比特的数量是X,那么一次就可以同时计算2X种排列。

要表示量子比特,用传统的电信号“有”“无”的方法就不行了,而要利用其能够处于叠加态的特性。例如,电子的自旋可以处于顺时针和逆时针叠加的状态,将顺时针自旋设为0,逆时针自旋设为1,就可以用作量子比特了。与此类似,光子可以处于横向和纵向偏振的叠加状态,超导电路里的电流可以处于顺时针流动和逆时针流动的叠加状态,等等,它们都可以用来表示量子比特。