Kvanttilukujärjestys

Kvanttilukujärjestys, joka tunnetaan myös kvanttitietokoneiden ohjelmoinnin kontekstissa, viittaa tapaan edustaa kvanttitietokoneen tilaa. Toisin kuin klassinen bitti, joka voi olla joko 0 tai 1, kvanttibitti eli kubitti voi olla samanaikaisesti 0:n ja 1:n superpositiossa. Tämä superpositio tarkoittaa, että kubitin tilaa kuvataan todennäköisyysamplitudien avulla.

Yksinkertaisimmillaan yhden kubitin tilaa voidaan kuvata vektorina $\alpha|0\rangle + \beta|1\rangle$, missä $|0\rangle$ ja $|1\rangle$ ovat perustiloja ja $\alpha$ ja $\beta$ ovat kompleksilukuja, jotka vastaavat todennäköisyysamplitudeja. Näiden amplitudien neliöiden summa (eli $|\alpha|^2 + |\beta|^2$) on aina 1, mikä heijastaa sitä, että kubitti on mitattaessa varmasti joko tilassa 0 tai 1.

Kun käsitellään useampia kubitteja, kvanttitila muodostaa monimutkaisemman superpositiotilan. Esimerkiksi kahden kubitin järjestelmä voi olla tilassa, joka on lineaarikombinaatio kaikista mahdollisista peruskombinaatioista: $\alpha_{00}|00\rangle + \alpha_{01}|01\rangle + \alpha_{10}|10\rangle + \alpha_{11}|11\rangle$. Tässä jokaiselle $n$ kubitin järjestelmälle on olemassa $2^n$ mahdollista peruskombinaatiota, ja kvanttitila on näiden superpositio.

Kvanttilukujärjestys on siis menetelmä, jolla kuvataan ja manipuloidaan näitä kvanttitiloja, mahdollistaen samanaikaisen laskennan ja useiden eri tilojen tutkimisen kvanttitietokoneissa. Mittausprosessi romahtaa superpositio yhdeksi klassiseksi tilaksi, jonka todennäköisyys määräytyy vastaavasta amplitudista.