kvanttibitin

Kvanttibitin (qubit) on kvantti-informaation perusyksikkö. Se on kaksi- tai useamman tilan superpositiona käsittelevä kvanttisysteemi, jonka tilan voi esittää esimerkiksi a|0> + b|1> siten, että tilan amplitudit täyttävät normalization ehdon |a|^2 + |b|^2 = 1.

Tilaa voidaan kuvata eri tavoilla, kuten Bloch-pallolla. Mittauksessa kvanttibitti antaa tuloksen 0 tai 1 todennäköisyyksillä |a|^2 ja |b|^2, ja mittaus yleensä purkaa superpositionin osaksi yhtä perustilaa.

Useista kvanttibiteistä muodostuvat järjestelmät voivat olla kytkeytyneitä eli entangled. Tämän seurauksena koko tilaa ei voi kuvata pelkästään yksittäisten bittien tilojen kautta, vaan tilan ominaisuudet riippuvat monien bittien yhteydestä. Monibitit mahdollistavat kvantti-informaation käsittelyn, jossa algoritmien eteneminen hyödyntää sekä interferenssiä että korrelaatioita.

Fyysiset toteutukset kattavat useita alustoja, kuten suprajohtavat kytketyt piirit (superconducting qubits), vangitut ionit (trapped ions), kvanttipisteet (quantum dots), fotoniset qubitit sekä NV-keskukset hiILassa. Näillä eri tekniikoilla pyritään saavuttamaan parempaa koherenssiaikaa, gate-fidelityä ja skaalautuvuutta.

Sovellukset jakautuvat kvanttilaskentaan, kvanttiviestintään ja kvanttihavaitsemiseen. Kvanttilaskenta mahdollistaa nopeammat algoritmit tietyille tehtäville (esimerkiksi Shorin ja Groverin algoritmit), kun taas kvanttiviestintä voi tarjota turvallista tiedonvälitystä. Haasteina ovat koherenssiajan pituus, virheenkorjausmenetelmien kustannukset ja laajamittainen skaalauksellisuus.

Historiaan liittyy kvanttibitin käsite 1980-luvulta ja 1990-luvulta. Termi qubit yleistyi Schumacherin ja Nielsen merkittävissä töissä kvanttitiedon alalla.