量子比特 (科学名词)

量子比特还没有一个明确的定义,不同的研究者采用不同的表达方式。参照Shannon信息论中比特描述信号可能状态的特征,量子信息中引入了“量子比特”的概念。中国科学技术大学教授潘建伟及其同事陆朝阳、刘乃乐、汪喜林等通过调控六个光子的偏振、路径和轨道角动量三个自由度,在国际上首次实现18个光量子比特的纠缠,刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。

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    1概述

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    参照Shannon信息论中比特描述信号可能状态的特征,量子信息中引入了“量子比特”的概念。量子比特的英文名字为quantum bit,简写为qubit或qbit。

    1983年,Stephen wiesner在他量子货币的提案中第一次引入了量子比特的概念。而“量子比特”这个术语的问世应归功于Benjamin schumacher,在他论文的致谢辞中,schumacher 表示术语“量子比特”是他在同William wootters的一次谈话时提出的,只是因为它同古代的一种长度测量单位腕尺(cubit)的发音相似。在量子计算中,作为量子信息单位的是量子比特,量子比特与经典比特相似,只是增加了物理原子的量子特性。 

    2定义

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    量子比特还没有一个明确的定义,不同的研究者采用不同的表达方式,例如,从物理学的角度,人们习惯于根据量子态的特性称为量子比特(qubit或qbit)、纠缠比特(ebit)、三重比特(tribit)、多重比特(multibit)和经典比特(cbit)等等。这种方式让人眼花缭乱,并且对量子比特的描述要根据具体的物理特性来描述。为了避免这些问题的困扰,这里从信息论的角度对量子比特做出统一的描述。 

    3物理特性

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    量子计算机的物理结构是纠缠态原子自身的有序排列,量子比特在系统中表示状态记忆和纠缠态。量子计算是通过对具有量子算法的量子比特系统进行初始化而实现的,这里的初始化指的是把系统制备成纠缠态的一些先进的物理过程。在两态的量子力学系统中量子比特用量子态来描述,这个系统在形式上与复数范围内的二维矢量空间相同。两态量子力学系统的例子是单光子的偏振,这里的两个状态分别是垂直偏振光和水平偏振光。 

    4基本性质

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    在经典力学系统中,一个比特的状态是唯一的,而量子力学允许量子比特是同一时刻两个状态的叠加,这是量子计算的基本性质。 

    5基本特征

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    从物理上来说量子比特就是量子态,因此,量子比特具有量子态的属性。由于量子态的独特量子属性,量子比特具有许多不同于经典比特的特征,这是量子信息科学的基本特征之一 。

    参考资料

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    [1].我国实现18个量子比特纠缠

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    标签: 名词 科学 术语

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