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Qubit

La definición general de un cúbit es el estado cuántico de un sistema cuántico de dos niveles . En computación cuántica , un cúbit ( / ˈ k juː b ɪ t / ) o bit cuántico es una un...

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La definición general de un cúbit es el estado cuántico de un sistema cuántico de dos niveles .

En computación cuántica , un cúbit ( / ˈ k juː b ɪ t / ) o bit cuántico es una unidad básica de información cuántica , la versión cuántica del bit binario clásico . Un cúbit se puede realizar físicamente con un sistema cuántico-mecánico de dos estados (o dos niveles) , uno de los sistemas cuánticos más simples que muestra la peculiaridad de la mecánica cuántica. Ejemplos de ello son el espín del electrón , en el que los dos niveles se pueden considerar como espín arriba y espín abajo; o la polarización de un solo fotón, en la que los dos estados de espín (polarización circular levógira y dextrógira) también se pueden medir como polarización lineal horizontal y vertical. En un sistema clásico, un bit tendría que estar en un estado u otro. Sin embargo, la mecánica cuántica permite que el cúbit se encuentre en una superposición coherente de múltiples estados simultáneamente, una propiedad fundamental para la mecánica cuántica y la computación cuántica. Un cúbit se puede generalizar como ad=2 qudit o un qudit binario .

Etimología

La creación del término qubit se atribuye a Benjamin Schumacher . [ 1 ] En los agradecimientos de su artículo de 1995, Schumacher afirma que el término qubit se creó en broma durante una conversación con William Wootters .

Comparación con bits clásicos

En las computadoras clásicas, un dígito binario , caracterizado como 0 o 1, se utiliza para representar información. Al promediar sus dos estados (0 y 1), un dígito binario puede representar hasta un bit de información , siendo el bit la unidad básica de información . Sin embargo, en este artículo, el término bit es sinónimo de dígito binario.

En las tecnologías informáticas clásicas, un bit procesado se implementa mediante uno de dos niveles de voltaje de corriente continua baja , y al cambiar de uno de estos dos niveles al otro, se debe atravesar lo más rápido posible una denominada "zona prohibida" entre dos niveles lógicos , ya que el voltaje eléctrico no puede cambiar de amplitud instantáneamente.

Existen dos resultados posibles para la medición de un cúbit, que generalmente se considera que tiene los valores "0" y "1", como un bit. Sin embargo, mientras que el estado de un bit solo puede ser binario (0 o 1), el estado general de un cúbit según la mecánica cuántica puede ser una superposición coherente arbitraria de todos los estados computables simultáneamente. [ 2 ] Además, mientras que una medición de un bit clásico no perturbaría su estado, una medición de un cúbit destruiría su coherencia y perturbaría irrevocablemente el estado de superposición. Es posible codificar completamente un bit en un cúbit. Sin embargo, un cúbit puede contener más información, por ejemplo, hasta dos bits utilizando codificación superdensa (véase el teorema de Holevo ).

Un bit siempre está completamente en uno de sus dos estados, y un conjunto de n bits (por ejemplo, un registro de procesador o una matriz de bits) solo puede contener uno de sus 2n estados posibles en cualquier momento. Un estado cuántico puede estar en un estado de superposición, lo que significa que el cúbit puede tener una amplitud de probabilidad distinta de cero en ambos estados simultáneamente (comúnmente expresado como "puede estar en ambos estados simultáneamente"). Un cúbit requiere dos números complejos para describir sus dos amplitudes de probabilidad, y estos dos números complejos pueden considerarse juntos como un vector complejo bidimensional , que se denomina vector de estado cuántico o vector de estado de superposición. De forma alternativa y equivalente, el valor almacenado en un cúbit puede describirse como un único punto en un espacio de coordenadas complejo bidimensional .

Además, un conjunto de n bits puede representarse mediante n dígitos binarios, simplemente concatenando las representaciones de cada uno de los bits, mientras que un conjunto de n cúbits, también llamado registro , requiere 2n números complejos para describir su vector de estado de superposición. [ 3 ] [ 4 ] : ​​7–17 [ 2 ] : 13–17

Representación estándar

En mecánica cuántica, el estado cuántico general de un cúbit se puede representar mediante una superposición lineal de sus dos estados base ortonormales (o vectores base ). Estos vectores se suelen denotar como y . Se escriben en la notación convencional de Dirac —o «bra-ket»— ; y se pronuncian «ket 0» y «ket 1», respectivamente. Se dice que estos dos estados base ortonormales, , denominados conjuntamente base computacional, abarcan el espacio vectorial lineal bidimensional (espacio de Hilbert) del cúbit. [ 5 ]|0⟩=[10]{\displaystyle |0\rangle ={\bigl [}{\begin{smallmatrix}1\\0\end{smallmatrix}}{\bigr ]}}|1⟩=[01]{\displaystyle |1\rangle ={\bigl [}{\begin{smallmatrix}0\\1\end{smallmatrix}}{\bigr ]}}|0⟩{\displaystyle |0\rangle }|1⟩{\displaystyle |1\rangle }{|0⟩,|1⟩}{\displaystyle \{|0\rangle ,|1\rangle \}}

Los estados base de los cúbits también se pueden combinar para formar estados base de producto. Un conjunto de cúbits tomados en conjunto se denomina registro cuántico . Por ejemplo, dos cúbits podrían representarse en un espacio vectorial lineal de cuatro dimensiones generado por los siguientes estados base de producto:

|00⟩=[1000]{\displaystyle |00\rangle ={\biggl [}{\begin{smallmatrix}1\\0\\0\\0\end{smallmatrix}}{\biggr ]}}, , , y .|01⟩=[0100]{\displaystyle |01\rangle ={\biggl [}{\begin{smallmatrix}0\\1\\0\\0\end{smallmatrix}}{\biggr ]}}|10⟩=[0010]{\displaystyle |10\rangle ={\biggl [}{\begin{smallmatrix}0\\0\\1\\0\end{smallmatrix}}{\biggr ]}}|11⟩=[0001]{\displaystyle |11\rangle ={\biggl [}{\begin{smallmatrix}0\\0\\0\\1\end{smallmatrix}}{\biggr ]}}

En general, n cúbits se representan mediante un vector de estado de superposición en un espacio de Hilbert de 2n dimensiones . [ 5 ]

Estados de cúbit

La polarización de la luz ofrece una forma sencilla de presentar estados ortogonales. Con un mapeo típico y , los estados cuánticos tienen una representación física directa, fácilmente demostrable experimentalmente en una clase con polarizadores lineales y, para valores reales de y , que coincide con la definición de ortogonalidad de la escuela secundaria . [ 6 ]|H⟩=|0⟩{\displaystyle {|H\rangle }={|0\rangle }}|V⟩=|1⟩{\displaystyle {|V\rangle }={|1\rangle }}(|0⟩±|1⟩)/2{\displaystyle ({|0\rangle }\pm {|1\rangle })/{\sqrt {2}}}α{\displaystyle \alpha }β{\displaystyle \beta }

Un estado de cúbit puro es una superposición coherente de los estados base. Esto significa que un solo cúbit ( ) puede describirse mediante una combinación lineal de y :ψ{\displaystyle \psi }|0⟩{\displaystyle {|0\rangle }}|1⟩{\displaystyle {|1\rangle }}

|ψ⟩=α|0⟩+β|1⟩{\displaystyle {|\psi \rangle }=\alpha {|0\rangle }+\beta {|1\rangle }}

donde α y β son las amplitudes de probabilidad , y ambos son números complejos . Cuando medimos este cúbit en la base estándar, según la regla de Born , la probabilidad de un resultado con valor "0" es y la probabilidad de un resultado con valor "1" es . Dado que los cuadrados absolutos de las amplitudes son iguales a las probabilidades, se deduce que y deben estar restringidos según el segundo axioma de la teoría de la probabilidad por la ecuación [ 4 ].|0⟩{\displaystyle {|0\rangle }}|α|2{\displaystyle {|\alpha |}^{2}}|1⟩{\displaystyle {|1\rangle }}|β|2{\displaystyle {|\beta |}^{2}}α{\displaystyle \alpha }β{\displaystyle \beta }

|α|2+|β|2=1.{\displaystyle {|\alpha |}^{2}+{|\beta |}^{2}=1.}

Las amplitudes de probabilidad, y , codifican más que las probabilidades de los resultados de una medición; la fase relativa entre y es, por ejemplo, responsable de la interferencia cuántica , como se observa en el experimento de la doble rendija .α{\displaystyle \alpha }β{\displaystyle \beta }α{\displaystyle \alpha }β{\displaystyle \beta }

Representación de la esfera de Bloch

Representación de un cúbit mediante una esfera de Bloch.

Las amplitudes de probabilidad para el estado de superposición vienen dadas por y|ψ⟩=α|0⟩+β|1⟩,{\displaystyle {|\psi \rangle }=\alpha {|0\rangle }+\beta {|1\rangle },\,}α=porque⁡(θ2){\displaystyle \alpha =\cos \left({\frac {\theta }{2}}\right)}β=miiφpecado⁡(θ2){\displaystyle \beta =e^{i\varphi }\sin \left({\frac {\theta }{2}}\right)}

A primera vista, podría parecer que debería haber cuatro grados de libertad en , ya que y son números complejos con dos grados de libertad cada uno. Sin embargo, se elimina un grado de libertad mediante la restricción de normalización | α | 2 + | β | 2 = 1 . Esto significa que, con un cambio de coordenadas adecuado, se puede eliminar uno de los grados de libertad. Una posible opción son las coordenadas de Hopf :|ψ⟩=α|0⟩+β|1⟩{\displaystyle {|\psi \rangle }=\alpha {|0\rangle }+\beta {|1\rangle }\,}α{\displaystyle \alpha }β{\displaystyle \beta }

α=miiδporque⁡θ2,β=mii(δ+φ)pecado⁡θ2.{\displaystyle {\begin{aligned}\alpha &=e^{i\delta }\cos {\frac {\theta }{2}},\\\beta &=e^{i(\delta +\varphi )}\sin {\frac {\theta }{2}}.\end{aligned}}}

Además, para un solo cúbit, la fase global del estado no tiene consecuencias físicamente observables, [ a ] ​​por lo que podemos elegir arbitrariamente α como real (o β en el caso de que α sea cero), dejando solo dos grados de libertad:miiδ{\displaystyle e^{i\delta }}

α=porque⁡θ2,β=miiφpecado⁡θ2,{\displaystyle {\begin{aligned}\alpha &=\cos {\frac {\theta }{2}},\\\beta &=e^{i\varphi }\sin {\frac {\theta }{2}},\end{aligned}}}

donde es la fase relativa físicamente significativa . [ 7 ] [ b ]miiφ{\displaystyle e^{i\varphi }}

Los posibles estados cuánticos para un solo cúbit se pueden visualizar usando una esfera de Bloch (ver imagen). Representado en dicha esfera de 2 dimensiones , un bit clásico solo podría estar en el "Polo Norte" o el "Polo Sur", en las ubicaciones donde y son respectivamente. Sin embargo, esta elección particular del eje polar es arbitraria. El resto de la superficie de la esfera de Bloch es inaccesible para un bit clásico, pero un estado de cúbit puro puede representarse mediante cualquier punto de la superficie. Por ejemplo, el estado de cúbit puro estaría en el ecuador de la esfera en el eje X positivo. En el límite clásico , un cúbit, que puede tener estados cuánticos en cualquier lugar de la esfera de Bloch, se reduce al bit clásico, que solo puede encontrarse en uno de los polos.|0⟩{\displaystyle {|0\rangle }}|1⟩{\displaystyle {|1\rangle }}(|0⟩+|1⟩)/2{\displaystyle ({|0\rangle }+{|1\rangle })/{\sqrt {2}}}

La superficie de la esfera de Bloch es un espacio bidimensional que representa el espacio de estados observables de los estados puros del cúbit. Este espacio de estados tiene dos grados de libertad locales, que pueden representarse mediante los dos ángulos y .φ{\displaystyle \varphi }θ{\displaystyle \theta }

Estado mixto

Un estado puro se especifica completamente mediante un único ket, una superposición coherente, representada por un punto en la superficie de la esfera de Bloch como se describió anteriormente. La coherencia es esencial para que un cúbit esté en un estado de superposición. Con interacciones, ruido cuántico y decoherencia , es posible colocar el cúbit en un estado mixto , una combinación estadística o "mezcla incoherente" de diferentes estados puros. Los estados mixtos pueden representarse mediante puntos dentro de la esfera de Bloch (o en la bola de Bloch). Un estado de cúbit mixto tiene tres grados de libertad: los ángulos y , así como la longitud del vector que representa el estado mixto.|ψ⟩=α|0⟩+β|1⟩,{\displaystyle {|\psi \rangle }=\alpha {|0\rangle }+\beta {|1\rangle },\,}φ{\displaystyle \varphi }θ{\displaystyle \theta }r{\displaystyle r}

La corrección de errores cuánticos puede utilizarse para mantener la pureza de los cúbits.

Operaciones con cúbits

Se pueden realizar diversos tipos de operaciones físicas sobre los cúbits.

  • Las puertas lógicas cuánticas , componentes básicos de un circuito cuántico en una computadora cuántica , operan sobre un conjunto de cúbits (un registro ). Matemáticamente, los cúbits experimentan una transformación unitaria ( reversible ) que se describe multiplicando la matriz unitaria de la puerta cuántica por el vector de estado cuántico . El resultado de esta multiplicación es un nuevo vector de estado cuántico.
  • La medición cuántica es una operación irreversible en la que se obtiene información sobre el estado de un único cúbit y se pierde la coherencia . El resultado de la medición de un único cúbit con el estado será con probabilidad o con probabilidad . La medición del estado del cúbit altera las magnitudes de α y β . Por ejemplo, si el resultado de la medición es , α cambia a 0 y β cambia a 1, mientras que el factor de fase deja de ser accesible experimentalmente. Si la medición se realiza en un cúbit que está entrelazado , la medición puede colapsar el estado de los demás cúbits entrelazados.|ψ⟩=α|0⟩+β|1⟩{\displaystyle {|\psi \rangle }=\alpha {|0\rangle }+\beta {|1\rangle }}|0⟩{\displaystyle {|0\rangle }}|α|2{\displaystyle {|\alpha |}^{2}}|1⟩{\displaystyle {|1\rangle }}|β|2{\displaystyle {|\beta |}^{2}}|1⟩{\displaystyle {|1\rangle }}miiϕ{\displaystyle e^{i\phi }}
  • Inicialización o reinicialización a un valor conocido, a menudo . Esta operación colapsa el estado cuántico (exactamente como con la medición). La inicialización a puede implementarse lógica o físicamente: lógicamente como una medición, seguida de la aplicación de la puerta Pauli-X si el resultado de la medición fue . Físicamente, por ejemplo, si es un cúbit de fase superconductora , al reducir la energía del sistema cuántico a su estado fundamental .|0⟩{\displaystyle {|0\rangle }}|0⟩{\displaystyle {|0\rangle }}|1⟩{\displaystyle {|1\rangle }}
  • Enviar el cúbit a través de un canal cuántico a un sistema o máquina remota (una operación de E/S ), potencialmente como parte de una red cuántica .

Entrelazamiento cuántico

Una característica distintiva importante entre los cúbits y los bits clásicos es que múltiples cúbits pueden exhibir entrelazamiento cuántico ; el cúbit en sí mismo es una manifestación de dicho entrelazamiento. En este caso, el entrelazamiento cuántico es una propiedad local o no local de dos o más cúbits que permite que un conjunto de cúbits exprese una correlación mayor que la posible en los sistemas clásicos.

El sistema más simple para mostrar el entrelazamiento cuántico es el sistema de dos cúbits. Consideremos, por ejemplo, dos cúbits entrelazados en el estado de Bell :|Φ+⟩{\displaystyle {|\Phi ^{+}\rangle }}

12(|00⟩+|11⟩).{\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}({|00\rangle }+{|11\rangle }).}

En este estado, denominado superposición igual , existen probabilidades iguales de medir cualquiera de los estados producto o , como . En otras palabras, no hay forma de saber si el primer cúbit tiene el valor "0" o "1", y lo mismo ocurre con el segundo cúbit.|00⟩{\displaystyle {|00\rangle }}|11⟩{\displaystyle {|11\rangle }}|1/2|2=1/2{\displaystyle {|1/{\sqrt {2}}|}^{2}=1/2}

Imaginemos que estos dos cúbits entrelazados se separan, y uno se le da a Alice y otro a Bob. Alice realiza una medición de su cúbit, obteniendo —con igual probabilidad— uno u otro , es decir, ahora puede saber si su cúbit tiene el valor "0" o "1". Debido al entrelazamiento de los cúbits, Bob debe obtener exactamente la misma medición que Alice. Por ejemplo, si ella mide un , Bob debe medir lo mismo, ya que es el único estado en el que el cúbit de Alice es un . En resumen, para estos dos cúbits entrelazados, lo que sea que mida Alice, también lo medirá Bob, con una correlación perfecta, en cualquier base, por muy separados que estén e incluso aunque ambos no puedan saber si su cúbit tiene el valor "0" o "1", una circunstancia muy sorprendente que no puede explicarse mediante la física clásica.|0⟩{\displaystyle {|0\rangle }}|1⟩{\displaystyle {|1\rangle }}|0⟩{\displaystyle {|0\rangle }}|00⟩{\displaystyle {|00\rangle }}|0⟩{\displaystyle {|0\rangle }}

Puerta controlada para construir el estado de Bell

Las compuertas controladas actúan sobre dos o más cúbits, donde uno o más cúbits actúan como control para alguna operación específica. En particular, la compuerta NOT controlada (CNOT o CX) actúa sobre dos cúbits y realiza la operación NOT en el segundo cúbit solo cuando el primer cúbit es , y en caso contrario lo deja sin cambios. Con respecto a la base de producto no entrelazada , , , , mapea los estados de la base de la siguiente manera:|1⟩{\displaystyle {|1\rangle }}{|00⟩{\displaystyle \{{|00\rangle }}|01⟩{\displaystyle {|01\rangle }}|10⟩{\displaystyle {|10\rangle }}|11⟩}{\displaystyle {|11\rangle }\}}

|00⟩↦|00⟩{\displaystyle {|00\rangle }\mapsto {|00\rangle }}
|01⟩↦|01⟩{\displaystyle {|01\rangle }\mapsto {|01\rangle }}
|10⟩↦|11⟩{\displaystyle {|10\rangle }\mapsto {|11\rangle }}
|11⟩↦|10⟩{\displaystyle {|11\rangle }\mapsto {|10\rangle }}.

Una aplicación común de la puerta CNOT es entrelazar al máximo dos cúbits en el estado de Bell . Para construir , las entradas A (control) y B (objetivo) a la puerta CNOT son:|Φ+⟩{\displaystyle {|\Phi ^{+}\rangle }}|Φ+⟩{\displaystyle {|\Phi ^{+}\rangle }}

12(|0⟩+|1⟩)A{\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}({|0\rangle }+{|1\rangle })_{A}}⊗{\displaystyle \otimes }|0⟩B{\displaystyle {|0\rangle }_{B}}= .12{\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}}(|00⟩+|10⟩){\displaystyle ({|00\rangle }+{|10\rangle })}

Después de aplicar CNOT, la salida es el estado de Bell: .|Φ+⟩{\displaystyle {|\Phi ^{+}\rangle }}12(|00⟩+|11⟩){\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}({|00\rangle }+{|11\rangle })}

Aplicaciones

El estado de Bell forma parte de la configuración de los algoritmos de codificación superdensa , teletransportación cuántica y criptografía cuántica entrelazada .|Φ+⟩{\displaystyle {|\Phi ^{+}\rangle }}

El entrelazamiento cuántico también permite que se actúe simultáneamente sobre múltiples estados (como el estado de Bell mencionado anteriormente), a diferencia de los bits clásicos que solo pueden tener un valor a la vez. El entrelazamiento es un ingrediente necesario de cualquier computación cuántica que no se pueda realizar de manera eficiente en una computadora clásica. Muchos de los éxitos de la computación y la comunicación cuánticas, como la teletransportación cuántica y la codificación superdensa, utilizan el entrelazamiento, lo que sugiere que este es un recurso exclusivo de la computación cuántica. [ 8 ] Un obstáculo importante que enfrenta la computación cuántica, a partir de 2018, en su búsqueda por superar la computación digital clásica, es el ruido en las puertas cuánticas que limita el tamaño de los circuitos cuánticos que se pueden ejecutar de manera confiable. [ 9 ]

Registro cuántico

Un conjunto de cúbits constituye un registro de cúbits . Las computadoras cuánticas realizan cálculos manipulando los cúbits dentro de un registro.

Qudits y qutrits

El término qudit denota la unidad de información cuántica que puede realizarse en sistemas cuánticos de nivel d adecuados. [ 10 ]

Los qudits son similares a los tipos enteros en la computación clásica y pueden representarse mediante (o implementarse mediante) matrices de qubits. Los qudits cuyo sistema de d niveles no es exponente de 2 no pueden representarse mediante matrices de qubits. Por ejemplo, es posible tener qudits de 5 niveles.

En 2017, científicos del Instituto Nacional de Investigación Científica construyeron un par de cúdits con 10 estados diferentes cada uno, lo que proporcionó más potencia computacional que 6 cúbits. [ 11 ]

En 2022, investigadores de la Universidad de Innsbruck lograron desarrollar un procesador cuántico de cúdits universal con iones atrapados. [ 12 ] Ese mismo año, investigadores del Centro de Información Cuántica de la Universidad de Tsinghua implementaron el esquema de cúbits de doble tipo en computadoras cuánticas de iones atrapados utilizando la misma especie de iones. [ 13 ] En 2025, el equipo de Innsbruck logró simular teorías de gauge de red bidimensionales en su computadora cuántica de cúdits. [ 14 ]

También en 2022, investigadores de la Universidad de California, Berkeley, desarrollaron una técnica para controlar dinámicamente las interacciones de Kerr cruzadas entre cútrits de frecuencia fija, logrando altas fidelidades de puerta de dos cútrits. [ 15 ] A esto le siguió una demostración de control extensible de cúdits superconductores hasta en 2024 basado en interacciones de dos fotones programables. [ 16 ]d=4{\displaystyle d=4}

De forma similar al cúbit, el qutrit es la unidad de información cuántica que puede implementarse en sistemas cuánticos de 3 niveles adecuados. Esto es análogo a la unidad de información clásica trit de las computadoras ternarias . [ 17 ] Además de la ventaja asociada con el espacio computacional ampliado, el tercer nivel de qutrit puede aprovecharse para implementar la compilación eficiente de compuertas de múltiples cúbits. [ 16 ] [ 18 ] [ 19 ]

Implementación física

Cualquier sistema cuántico de dos niveles puede utilizarse como cúbit. Los sistemas multinivel también pueden emplearse si poseen dos estados que puedan desacoplarse eficazmente del resto (por ejemplo, el estado fundamental y el primer estado excitado de un oscilador no lineal). Existen diversas propuestas. Se han logrado con éxito varias implementaciones físicas que aproximan sistemas de dos niveles en distintos grados. De forma similar a un bit clásico, donde el estado de un transistor en un procesador, la magnetización de una superficie en un disco duro y la presencia de corriente en un cable pueden utilizarse para representar bits en el mismo ordenador, es probable que un futuro ordenador cuántico utilice diversas combinaciones de cúbits en su diseño.

Todas las implementaciones físicas se ven afectadas por el ruido. El tiempo de vida T1 y el tiempo de desfase T2 caracterizan la implementación física y representan su sensibilidad al ruido. Un tiempo mayor no implica necesariamente que un cúbit u otro sea más adecuado para la computación cuántica , ya que también deben considerarse los tiempos de puerta y las fidelidades.

Diferentes aplicaciones, como la detección cuántica , la computación cuántica y la comunicación cuántica, utilizan diferentes implementaciones de cúbits para adaptarlas a su aplicación.

La siguiente es una lista incompleta de implementaciones físicas de cúbits, y la elección de la base es solo por convención.

Almacenamiento de cúbits

En 2008, un equipo de científicos del Reino Unido y Estados Unidos informó sobre la primera transferencia relativamente larga (1,75 segundos) y coherente de un estado de superposición en un cúbit de "procesamiento" de espín electrónico a un cúbit de "memoria" de espín nuclear . [ 22 ] Este evento puede considerarse el primer almacenamiento de datos cuánticos relativamente consistente, un paso vital hacia el desarrollo de la computación cuántica . En 2013, una modificación de sistemas similares (utilizando donantes cargados en lugar de neutros) extendió drásticamente este tiempo, a 3 horas a temperaturas muy bajas y 39 minutos a temperatura ambiente. [ 23 ] La preparación a temperatura ambiente de un cúbit basado en espines electrónicos en lugar de espín nuclear también fue demostrada por un equipo de científicos de Suiza y Australia. [ 24 ] Investigadores están explorando una mayor coherencia de los cúbits, probando las limitaciones de una estructura de cúbit de espín-órbita de hueco de Ge . [ 25 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Esto se debe a la regla de Born . La probabilidad de observar un resultado al medir es el módulo al cuadrado de la amplitud de probabilidad para ese resultado (o estado base, autoestado ). Elfactor de fase global no es medible, porque se aplica a ambos estados base y está en el círculo unitario complejo, por lo queNótese que al eliminarlosignifica que los estados cuánticos con fase global no pueden representarse como puntos en la superficie de la esfera de Bloch.eiδ{\displaystyle e^{i\delta }}|eiδ|2=1.{\displaystyle {|e^{i\delta }|}^{2}=1.}eiδ{\displaystyle e^{i\delta }}
  2. ↑ La base Z de Pauli se denomina habitualmente base computacional , donde la fase relativa no tiene efecto en la medición. La medición en la base X o Y de Pauli depende de la fase relativa. Por ejemplo,(porque este estado se encuentra en el polo positivo del eje Y) en la base Y siempre se medirá al mismo valor, mientras que en la base Z resulta en una probabilidad igual de ser medido ao.Debido a que la medición colapsa el estado cuántico, medir el estado en una base oculta algunos de los valores que habrían sido medibles en la otra base; véase el principio de incertidumbre .(|0⟩+eiπ/2|1⟩)/2{\displaystyle ({|0\rangle }+e^{i\pi /2}{|1\rangle })/{\sqrt {2}}}|0⟩{\displaystyle {|0\rangle }}|1⟩{\displaystyle {|1\rangle }}

Referencias

  1. ↑ Schumacher, B. (1995). "Codificación cuántica". Physical Review A. 51 ( 4): 2738– 2747. Bibcode : 1995PhRvA..51.2738S . doi : 10.1103/PhysRevA.51.2738 . PMID 9911903 . 
  2. 1 2 Nielsen, Michael A.; Chuang, Isaac L. (2010). Computación cuántica e información cuántica . Cambridge University Press . pág . 13. ISBN  978-1-107-00217-3.
  3. ↑ Shor, Peter (1997). "Algoritmos de tiempo polinomial para factorización prima y logaritmos discretos en una computadora cuántica*". SIAM Journal on Computing . 26 (5): 1484– 1509. arXiv : quant-ph/9508027 . Bibcode : 1995quant.ph..8027S . doi : 10.1137/S0097539795293172 . S2CID 2337707 . 
  4. 1 2 Williams, Colin P. (2011). Exploraciones en computación cuántica . Springer . págs. 9–13 . ISBN  978-1-84628-887-6.
  5. 1 2 Yanofsky, Noson S.; Mannucci, Mirco (2013). Computación cuántica para científicos informáticos . Cambridge University Press . págs. 138–144 . ISBN  978-0-521-87996-5.
  6. ^ Seskir, Zeki C.; Migdał, Piotr; Weidner, Carrie; Anupam, Aditya; Caso, Nicky; Davis, Noé; Decaroli, Chiara; Ercan, İlke; Foti, Caterina; Gora, Pawel; Jankiewicz, Klementyna; La Cour, Brian R.; Malo, Jorge Yago; Maniscalco, Sabrina; Naeemi, Azad; Nita, Laurentiu; Parvin, Nassim; Scafirimuto, Fabio; Sherson, Jacob F.; Más seguro, Elif; Wootton, James; Sí, Lía; Zabello, Olga; Chiofalo, Marilù (2022). "Juegos cuánticos y herramientas interactivas para la divulgación y educación de tecnologías cuánticas". Ingeniería Óptica . 61 (8) 081809. arXiv : 2202.07756 . Bibcode : 2022OptEn..61h1809S . doi : 10.1117/1.OE.61.8.081809 . Este artículo incorpora texto de esta fuente, que está disponible bajo la licencia CC BY 4.0 .
  7. ↑ Nielsen, Michael A.; Chuang , Isaac (2010). Computación cuántica e información cuántica . Cambridge: Cambridge University Press . págs. 13–16 . ISBN  978-1-10700-217-3OCLC 43641333​​ 
  8. ↑ Horodecki, Ryszard; et al. (2009). "Entrelazamiento cuántico". Reviews of Modern Physics . 81 (2): 865– 942. arXiv : quant-ph/0702225 . Bibcode : 2009RvMP...81..865H . doi : 10.1103/RevModPhys.81.865 . S2CID 59577352 .  
  9. ↑ Preskill, John (2018). "Computación cuántica en la era NISQ y más allá". Quantum . 2 79. arXiv : 1801.00862 . Bibcode : 2018Quant...2...79P . doi : 10.22331/q-2018-08-06-79 . S2CID 44098998 . 
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  12. ↑ Ringbauer, Martin; Meth, Michael; Postler, Lukas; Stricker, Roman; Blatt, Rainer; Schindler, Philipp; Monz, Thomas (21 de julio de 2022). "Un procesador cuántico de qudit universal con iones atrapados" . Nature Physics . 18 (9): 1053– 1057. arXiv : 2109.06903 . Bibcode : 2022NatPh..18.1053R . doi : 10.1038/s41567-022-01658-0 . ISSN 1745-2481 . S2CID 237513730. Recuperado el 21 de julio de 2022 .  
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Lecturas adicionales

  • Nielsen, Michael A.; Chuang , Isaac (2000). Computación cuántica e información cuántica . Cambridge, Inglaterra: Cambridge University Press . ISBN 0-521-63235-8OCLC 43641333​​ 
  • Williams, Colin P. (2011). Exploraciones en computación cuántica . Springer . ISBN 978-1-84628-887-6.
  • Yanofsky, Noson S.; Mannucci, Mirco (2013). Computación cuántica para científicos informáticos . Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-87996-5.
  • Un análisis de los sistemas cuánticos de dos niveles, décadas antes de que se acuñara el término "qubit", se encuentra en el tercer volumen de The Feynman Lectures on Physics (edición electrónica de 2013) , en los capítulos 9 a 11.
  • Una motivación no tradicional del cúbit dirigida a personas que no son físicas se encuentra en Quantum Computing Since Democritus , de Scott Aaronson , Cambridge University Press (2013).
  • Una introducción a los cúbits para no especialistas, escrita por la persona que acuñó el término, se encuentra en la Lección 21 de La ciencia de la información: del lenguaje a los agujeros negros , del profesor Benjamin Schumacher , The Great Courses , The Teaching Company (4 DVD, 2015).
  • Una introducción ilustrada al entrelazamiento cuántico, que muestra un estado de Bell y su medición, se encuentra en el libro Quantum entanglement for babies , de Chris Ferrie (2017). ISBN 9781492670261.
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