キュービットと量子状態の違いは何ですか？

一般に、キュービットはという形式の量子状態として数学的に表現され、基底。キュービットは、システムの量子状態（つまり、ベクトル）を表すために、量子コンピューティングと情報で使用される用語にすぎないと思われます。{ | 0 ⟩ 、| 1 ⟩ $\lvert \psi\rangle = \alpha \lvert 0\rangle + \beta \lvert 1\rangle$$\{ \lvert 0\rangle, \lvert 1\rangle \}$

キュービットと量子状態の間に基本的な違いはありますか？キュービットは、それが表す量子状態以上のものは何ですか？

ここでは区別することがいくつかありますが、初心者にとって最も透過的な方法ではなく、直感を伝えるためにこれらの用語を迅速かつ非公式に使用しているため、専門家が混乱することがよくあります。

1. 「キュービット」は、量子力学的状態を持つ小さなシステムを指します。

   量子力学的システムの状態はベクトル空間を形成します。これらの状態のほとんどは、どれだけ巧妙に区別しようとしても、一方の状態を他方の状態と間違える可能性があるという点で、相互の不完全な区別しかできません。次に、すべての状態が互いに完全に区別できるかどうか、一連の状態について質問することができます。

   「キュービット」は、量子力学的システムの例であり、完全に区別可能な状態の最大数は2です。（完全に区別可能な状態にはさまざまなセットがありますが、各セットには2つの要素しか含まれていません。）

   • 光子の偏光（対、または対）;| V$\lvert \mathrm H \rangle$$\lvert \mathrm V \rangle$$\lvert \circlearrowleft \rangle$$\lvert \circlearrowright \rangle$

   • または電子のスピン（対、または対）;$\lvert \uparrow \rangle$$\lvert \downarrow \rangle$$\lvert \rightarrow \rangle$$\lvert \leftarrow \rangle$

   • または、イオン内の電子の2つのエネルギーレベルおよび影響を受けていないとき。$\lvert E_1 \rangle$$\lvert E_2 \rangle$
     
     

   これらのシステムに共通するのは、およびとラベル付けされる2つの状態で状態を記述し、システムの他の状態（ベクトル空間のベクトル）を考慮できることです。と）によってスパンされます）という形式の線形結合を使用しここで、。$\lvert 0 \rangle$$\lvert 1 \rangle$$\lvert 0 \rangle$$\lvert 1 \rangle$$\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$$\lvert \alpha \rvert^2 + \lvert \beta \rvert^2 = 1$

2. 「キュービット」は、上で説明した種類の物理システムの量子力学的状態を指す場合もあります。つまり、という形式の状態を"キュービット" と呼ぶことができます。この場合、その状態を格納している物理システムは考慮していません。国家の形態にのみ関心があります。$\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$

3. 「キュービット」は、ような状態に相当する情報量を指すこともあります。たとえば、いくつかの複雑な量子システムの2つの状態とがわかっていて、その状態がいくつかの重ね合わせにある物理システムがある場合、システムがどれほど複雑であるか、またはいずれかの状態エンタングルメントがあるかどうかは関係ありません。可能な値によって表される情報の量$\alpha \lvert 0 \rangle + \beta \lvert 1 \rangle$$\lvert \psi_0 \rangle$$\lvert \psi_1 \rangle$$\lvert \Psi \rangle$$\alpha \lvert \psi_0 \rangle + \beta \lvert \psi_1 \rangle$$\lvert \psi_j \rangle$$\lvert \Psi \rangle$1つのキュビットです。十分なノイズのない手順で、その複雑な量子状態を（物理システム）キュービットの状態に可逆的にエンコードできます。同様に、複雑なシステムの状態をキュービットの状態として可逆的にエンコードできれば、キュービットの情報をエンコードする非常に大きな量子システムを作成できます。$n$$n$

これは混乱するように思えるかもしれませんが、従来の計算で常に行うことと何ら変わりはありません。

• Cのような言語で書いたint x = 5;場合、おそらく整数（整数値）を格納する整数（x整数変数）であることを理解していると思います。5

• 私は、書く場合x = 7;、私はそれが意味するものではありませんx両方に等しい整数である5と7、むしろ、それはx一種のコンテナであり、私たちがやっていることは、それが含まれているものを変更しています。

など-「ビット」という用語を使用するこれらの方法は、「ビット」という用語の使用方法とまったく同じですが、値ではなく量子状態、および小さな物理的変数やレジスターではなく、システム。（または、量子状態は量子計算の値であり、小さな物理システムは変数/レジスターです。）