Kvanttibitti

Kvanttibitti (kvanttibitti) on kvanttien tiedon perusyksikkö. Se vastaa klassista bittia, mutta sen tila voidaan esittää superposition muodossa: α|0> + β|1>, missä α ja β ovat kompleksilukuja ja |α|^2 + |β|^2 = 1. Mittaus palauttaa tuloksen 0 tai 1 todennäköisyydellä |α|^2 ja |β|^2, ja mittaus muuttaa tilan kyseisen mittausprojektin mukaan. Yksittäisen qubitin tilaa kuvaa usein Hilbertin tilajärjestelmä, ja tilaa voidaan käsitellä unitaareilla (yksikköoperaatioilla).

Kvanttibittien keskeisiä ominaisuuksia ovat superpositio ja kahden tai useamman qubitin välinen entanglement. Superpositio mahdollistaa tiedon olemassaolon kahdessa tilassa samanaikaisesti, kun taas entangment antaa tilakoostumia, joissa qubitien mittaustulokset voivat olla epätilastollisesti sitovia, eikä tilaa voi kuvailla erikseen jokaiselle qubitille. Yhden qubitin tilaa voidaan visuaalisesti kuvata Bloch-kukella.

Kvanttibittejä hallitaan kvanttiporttien avulla, jotka ovat unitaareja operaatioita. Yksi- ja kaksipiirien porttien (esim. X-, Y-, Z-kytkimet, Hadamard, CNOT) yhdistelmät muodostavat universaalin laskennan. Näin voidaan toteuttaa kvanttialgoritmeja ja kvanttijärjestelmiä.

Fyysiset toteutukset ovat moninaisia: suprakondensaatiokytkimet (transmon-qubit), vangitut ionit, kvanttipisteet, fotoniset kvbitit sekä NV-keskukset piinoksessa. Toteutukset eroavat koherenssiajoissa, virhetasosta ja mittausmenetelmistä. Kvanttibittien kehitys etenee kohti parempaa virheidenkäsittelyä ja skaalautuvuutta, mikä on keskeistä kvanttilaskennan käytännön sovelluksissa.