yksikubittiset

Yksikubittiset tarkoittaa yhden kubitin kvantti-järjestelmiä tai niiden tiloja. Kubitti on kvanttitason kaksitasoinen järjestelmä, jonka tilaa kuvaa kaksiulotteinen Hilbertin tila. Yleinen puhdas tila voidaan kirjoittaa muodossa |ψ> = α|0> + β|1>, missä α ja β ovat kompleksilukuja ja |α|^2 + |β|^2 = 1. Tilan geometrinen kuvaus tapahtuu Blochin pallon kautta: jokainen puhdas tila vastaa pistettä pallon pinnalla, ja epäpuhtaat tilat sijaitsevat pallon sisäosissa.

Yksikubittiset tilat voivat kohdata operaatioita ja mittauksia erillisillä kvantti-kytkimillä. Yleisiä yhden kubitin (single-qubit) operaattoreita ovat Pauli-maalit X, Y, Z sekä Hadamard H ja vaiheenportit kuten S ja T. Nämä ovat yksikubittisissa järjestelmissä tapahtuvia unitarisia operaatioita, ja ne muodostavat U(2) tai erityisesti SU(2) -ryhmän. Mittaaminen suoritetaan yleensä computational basisin mukaan, mittaamalla tilan projektioihin |0> tai |1>. Puhtaat tilat voidaan esittää densiteettimatriisina ρ, jolloin ρ = (I + r·σ)/2 Bloch-vektori r kuvaa tilan koherenssia ja puhtautta (|r| = 1 puhtailla tiloilla).

Yksikubittinen järjestelmä ei itsessään voi muodostaa kvantti-entanglaatiota; entanglement vaatii vähintään kaksi kubittia. Yksikubittisia tiloja käytetään kuitenkin laajasti suuremmissa monikubittijärjestelmissä, joissa kubitit vuorovaikuttavat toistensa kanssa.

Käytännön toteutuksia on monia: elektronin spin-1/2, sfäärit eli sähköeron kvantti-, superjohtuvat kubitit (superconducting qubits), trappiin enfioidut ionit ja fotonien polarized-qubitit. Yksikubittiset järjestelmät ovat perusta useille kvanttitietokoneen rakennuspalikoille sekä kvantti-informaation ja -kommunikaation sovelluksille. Lokeeratut kokemukset ja virheiden hallinta, kuten decoherence ja mittausvirheet, rajoittavat käytännön suorituskykyä ja korjauksia.