ความแตกต่างระหว่างบิตบิตและคลาสสิกคืออะไร?

ตามที่ฉันเข้าใจแล้วความแตกต่างที่สำคัญระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัมและไม่ใช่ควอนตัมก็คือคอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ qubits ในขณะที่คอมพิวเตอร์ที่ไม่ใช่ควอนตัมใช้บิต (คลาสสิก)

ความแตกต่างระหว่างบิตและบิตคลาสสิกคืออะไร?

บิตเป็นหน่วยไบนารีของข้อมูลที่ใช้ในการคำนวณแบบคลาสสิก มันสามารถใช้ค่าที่เป็นไปสองมักจะนำไปเป็นหรือ1 บิตสามารถนำมาใช้กับอุปกรณ์หรือระบบทางกายภาพที่สามารถอยู่ในสองสถานะที่เป็นไปได้$0$$1$

เพื่อเปรียบเทียบและความคมชัดบิตกับ qubits ขอแนะนำโน้ตเวกเตอร์บิตดังนี้บิตเป็นตัวแทนจากเวกเตอร์คอลัมน์สององค์ประกอบที่αย่อมาจาก0และβสำหรับ1 ตอนนี้บิต0เป็นตัวแทนจากเวกเตอร์( 1 , 0 ) Tและบิต1โดย( 0 , 1 ) T เหมือนเมื่อก่อนมีเพียงสองค่าที่เป็นไปได้$(\alpha,\beta)^T$$\alpha$$0$$\beta$$1$$0$$(1,0)^T$$1$$(0,1)^T$

ในขณะที่การแสดงแบบนี้ซ้ำซ้อนสำหรับบิตแบบคลาสสิกตอนนี้มันง่ายที่จะแนะนำ qubits: qubit เป็นเพียงใด ๆที่องค์ประกอบจำนวนเชิงซ้อนสนองเงื่อนไขการทำให้เป็นมาตรฐาน| α | 2 + | β | 2 = 1 เงื่อนไขการทำให้เป็นมาตรฐานมีความจำเป็นในการตีความ| α | 2และ| β | $(\alpha,\beta)^T$$|\alpha|^2+|\beta|^2=1$$|\alpha|^2$$|\beta|^2$ความน่าจะเป็นสำหรับผลลัพธ์การวัดตามที่เห็น บางคนเรียก qubit หน่วยของข้อมูลควอนตัม Qubits สามารถนำมาใช้เป็นสถานะ (บริสุทธิ์) ของอุปกรณ์ควอนตัมหรือระบบควอนตัมที่สามารถอยู่ในสองสถานะที่เป็นไปได้ที่จะสร้างรูปแบบที่เรียกว่าพื้นฐานการคำนวณและนอกจากนี้ในการทับซ้อนกันของเหล่านี้ นี่ quantumness เป็นสิ่งที่จำเป็นที่จะมี qubits อื่น ๆ นอกเหนือจากคลาสสิกและ( 0 , 1 ) T$(1,0)^T$$(0,1)^T$

การดำเนินการตามปกติที่ดำเนินการกับ qubits ในระหว่างการคำนวณควอนตัมคือประตูควอนตัมและการวัด ประตูควอนตัม (Single qubit) ใช้เป็นอินพุต qubit และให้เป็นเอาต์พุต qubit ที่เป็นการแปลงเชิงเส้นของอินพุต qubit เมื่อใช้สัญกรณ์เวกเตอร์ข้างต้นสำหรับ qubits แล้วประตูควรจะแสดงด้วยเมทริกซ์ที่รักษาสภาพการฟื้นฟู เมทริกซ์ดังกล่าวเรียกว่าเมทริกซ์รวม ประตูแบบคลาสสิกอาจแสดงโดยเมทริกซ์ที่เก็บบิตเป็นบิต แต่สังเกตว่าเมทริกซ์ที่เป็นตัวแทนของประตูควอนตัมไม่ได้ตอบสนองความต้องการนี้โดยทั่วไป

การวัดบนบิตนั้นเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นการวัดแบบดั้งเดิม จากนี้ฉันหมายถึงว่าหลักการที่ไม่ทราบค่าบิตในหลักการสามารถพบได้อย่างถูกต้องด้วยความมั่นใจ นี่ไม่ใช่กรณีของ qubits: การวัด qubit ทั่วไปในการคำนวณพื้นฐาน[ ( 1 , 0 ) T , ( 0 , 1 ) T ]จะส่งผลให้( 1 , 0 ) Tด้วยความน่าจะเป็น| α | 2และใน( $(\alpha,\beta)^T$$[ (1,0)^T,(0,1)^T]$$(1,0)^T$$|\alpha|^2$ด้วยความน่าจะเป็น | β | 2 . กล่าวอีกนัยหนึ่งในขณะที่ qubits สามารถอยู่ในสถานะอื่นนอกเหนือจากพื้นฐานการคำนวณก่อนการวัดการวัดยังสามารถมีผลลัพธ์ที่เป็นไปได้เพียงสองรายการ$(0,1)^T$$|\beta|^2$

ที่มีอยู่ไม่มากหนึ่งสามารถทำอะไรกับบิตเดียวหรือ qubit พลังการคำนวณเต็มรูปแบบของทั้งสองมาจากการใช้จำนวนมากซึ่งนำไปสู่ความแตกต่างสุดท้ายระหว่างพวกเขาที่จะได้รับการคุ้มครองที่นี่: หลาย qubits สามารถพัวพัน การพูดอย่างไม่เป็นทางการการพัวพันเป็นรูปแบบของความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งกว่าระบบคลาสสิก การซ้อนกันและพัวพันช่วยให้หนึ่งในการออกแบบอัลกอริทึมตระหนักกับ qubits ที่ไม่สามารถทำได้ด้วยบิต สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคืออัลกอริธึมที่ช่วยให้งานเสร็จสมบูรณ์ด้วยความซับซ้อนในการคำนวณลดลงเมื่อเทียบกับอัลกอริทึมแบบดั้งเดิมที่รู้จักกันดี

ก่อนที่จะสรุปก็ควรจะกล่าวว่าqubit สามารถจำลองด้วยบิต (และในทางกลับกัน ) แต่จำนวนบิตที่ต้องการเติบโตอย่างรวดเร็วด้วยจำนวน qubits ดังนั้นหากไม่มีควอนตัมคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เชื่อถือได้ก็มีความน่าสนใจทางทฤษฎีเท่านั้น