کیوبیت

در پردازش کوانتومی یک کیوبیت یا بیت کوانتومی واحد پایه ای پردازش کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی بوده و مشابه بیت در رایانه های کلاسیک می باشد: کوچکترین واحد ذخیره اطلاعات و معیاری از مقدار اطلاعات کوانتومی است. از نظر فیزیکی، کیوبیت یک سامانه کوانتومی دوحالتی است، یعنی سیستمی که توسط مکانیک کوانتومی به درستی قابل توصیف است و هنگام اندازه گیری یکی از دو حالت ممکن خود را اختیار می کند. مانند قطبش یک فوتون که در اینجا، جهتِ قطبشِ عمودی و جهتِ قطبشِ افقی دو حالت ممکن برای سامانه هستند. در یک سامانه کلاسیکی، هر بیت در هر لحظه یا در حالت صفر یا در حالت یک است، اما اصل های مکانیک کوانتومی به کیوبیت اجازه می دهند که در همان حال، حالتی را برابر با برهم نهی دو حالت اصلی نیز اختیار کند، یک ویژگی که در پردازش کوانتومی بنیادی است. به عبارتی، یک کیوبیت هم ممکن است در حالت های کلاسیک صفر و یک وجود داشته باشد و هم می تواند در حالت ترکیب این دو قرار گیرد ( یعنی همزمان دارای هر دو حالت صفر و یک باشد ) . در واقع همین پدیده، تفاوت اصلی بین بیت های کلاسیک و کیو بیت هاست. انتقال کیوبیت ها بنیان دانش دورنوردی کوانتومی است.
یک بیت، واحد بنیادی اطلاعات در رایانه است که محاسبات توسط آن، و بر اساس دستگاه اعداد دودویی میسر می شود. بدون توجه به شکل تحقق فیزیکی آن، یک بیت در هر لحظه باید یا نشان دهنده صفر یا نشان دهندهٔ یک باشد؛ مانند یک چراغ که می توان حالت روشن را برابر یک و خاموش را برابر صفر فرض کرد. بک کیوبیت به بیت کلاسیک شباهت هایی دارد، اما در کل ماهیتی بسیار متفاوت دارد. اختلاف این است که در حالی که یک بیت کلاسیکی باید در هر لحظه یا در حالت صفر یا در حالت یک باشد، اما یک کیوبیت می تواند علاوه بر حالت صفر و حالت یک، در برهم نهی ای از حالات صفر و یک نیز قرار گیرد.
دو حالتی که در آن مقدار یک کیوبیت ممکن است اندازه گیری شود، حالت های پایه ( یا بردارهای پایه ) نامیده می شوند. مرسوم است که حالت های کوانتومی را، همانند حالت های کیوبیت ها، با نمادگذاری برا - کت دیراک نمایش می دهند. یعنی دو حالت پایه محاسباتی به صورت | 0 ⟩ and | 1 ⟩ نوشته می شوند که کتِ یک و کتِ صفر خوانده می شود.
α = cos ⁡ ( θ 2 )
β = e i ϕ sin ⁡ ( θ 2 )
حالت یک کیوبیت خالص، برهم نهی خطی دو حالت پایه است؛ یعنی یک کیوبیت می تواند به صورت برهم نهی خطی | 0 ⟩ و | 1 ⟩ نمایش داده شود: | ψ ⟩ = α | 0 ⟩ + β | 1 ⟩ که در آن α و β در حالت کلی، اعدادی مختلط هستند. هنگامی که مقدار این کیوبیت را در مبنای استاندارد اندازه می گیریم، احتمال رویداد | 0 ⟩ برابر | α | 2 و احتمال رویداد | 1 ⟩ برابر | β | 2 است. چون مربعِ قدر مطلقِ دامنه ها برابر با احتمال است، و نتیجه آزمایش نیز یکی از دو حالت یاد شده خواهد بود، رابطه زیر بین α و β برقرار خواهد بود: | α | 2 + | β | 2 = 1