量子比特

在量子计算中，量子比特（/ˈkjuːbɪt/）或量子位是量子信息的基本单位--经典二进制比特的量子版，通过一个双态设备物理实现。量子位是一个双态（或两级）的量子力学系统，是最简单的量子系统之一，显示了量子力学的特殊性。

这方面的例子包括电子的自旋，其中的两个层次可以被视为自旋向上和自旋向下；或者单个光子的偏振，其中的两个状态可以被视为垂直偏振和水平偏振。

在一个经典的系统中，一个比特必须处于一种状态或另一种状态。然而，量子力学允许量子比特同时处于两种状态的相干叠加，这一特性是量子力学和量子计算的基础。

量子比特一词的创造者是本杰明-舒马赫。在他1995年的论文的致谢中，舒马赫指出，量子比特一词是在与威廉-沃特尔斯的谈话中开玩笑时创造的。

二进制数字，特征为0或1，在经典计算机中用来表示信息。当对其两种状态（0,1）进行平均时，一个二进制数字可以代表最多1比特的香农信息，其中比特是信息的基本单位。然而，在本文中，比特这个词与二进制数字是同义的。

在经典的计算机技术中，一个被处理的比特是由两级低直流电压中的一级来实现的，当从这两级中的一级切换到另一级时，必须尽可能快地通过两个逻辑级之间的所谓禁区，因为电压不能从一级瞬间变为另一级。

对一个量子比特的测量有两种可能的结果--通常被认为具有0和1的值，就像一个比特或二进制数字。然而，尽管比特的状态只能是0或1，但根据量子力学，量子比特的一般状态可以是两者的连贯叠加。此外，对经典比特的测量不会干扰其状态，而对量子比特的测量会破坏其相干性并不可逆转地干扰叠加状态。在一个量子比特中完全编码一个比特是可能的。然而，一个量子位可以容纳更多的信息，例如，使用超密集编码，最多可容纳两个比特。

对于一个有n个部件的系统，在经典物理学中对其状态的完整描述只需要n个比特，而在量子物理学中则需要2n个复数（或2n维矢量空间中的一个点）。

在量子力学中，一个量子比特的一般量子状态可以由其两个正交基态（或基向量）的线性叠加表示。它们以传统的狄拉克--或布拉--克特--符号书写；| 0 ⟩ {displaystyle |0rangle }和| 1 ⟩ {displaystyle |1rangle }分别被读作克特0和克特1。这两个正则基础状态，{ | 0 ⟩ ， | 1 ⟩ }{{|0displaystyle {|0rangle ,|1rangle }}，合称为计算基。一起被称为计算基，据说跨越了量子比特的二维线性矢量（希尔伯特）空间。

量子比特基态也可以组合成积基态。

一组量子比特合在一起被称为一个量子寄存器。例如，两个量子比特可以用一个四维线性矢量空间来表示，该空间由以下的积基态跨越。

一般来说，n个量子比特由2n维希尔伯特空间中的叠加状态矢量表示。

纯粹的量子比特状态是基态的相干叠加。这意味着，一个单一的量子比特可以由| 0 ⟩ {displaystyle |0rangle }和| 1 ⟩ {displaystyle |1rangle }的线性组合来描述。

其中α和β是概率振幅，都是复数。当我们在标准基础上测量这个量子比特时。