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传说中的量子比特到底是什么?

 科技土拨鼠

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我们在生活中接触到的大多数电子设备都属于传统的经典计算机,而经典计算机的基本运算单元是比特(bit),它只能确定性地表示0态或者1态,从而完成数据的二进制运算。

量子计算机则采用全新的计算方式,其基本的运算单元是量子比特(qubit),它可以同时表示0态和1态的叠加,也就是说,量子比特能够以一定的概率表示0态,同时以一定的概率表示1态。正是凭借着量子比特的这种奇妙特性,量子计算机能够对某些特定的问题进行0/1叠加态的并行运算,从而获得远超经典计算机的指数级的超强计算能力。

作为量子计算机的基本运算单元,量子比特的内部需要稳定存在两个能够区别的能量状态(能级),从而分别编码成为0态和1态,并且在外部驱动下实现0态和1态之间的概率性跃迁。但就像上文提到的一样,量子比特极易受到环境噪声的影响。

幸运的是,大自然中某些天然的粒子本身就具有十分稳定的物理特性,因此不容易受到外界噪声的干扰。同时,它们内部通常存在两个稳定的能量状态(能级),这就启发科学家可以将某些天然的粒子进行人为地操纵,从而构造出可以稳定地编码0/1叠加态的量子比特。

这些天然的粒子通常包括:带电的离子、不带电的原子以及单个光子等。它们的共同特点是满足以上对量子比特的需求。而根据选择的粒子不同,量子计算机可以具体分为三种类型,即离子阱量子计算(带电的离子),冷原子量子计算(不带电的原子)以及光量子计算(单个光子)。

这种利用天然的粒子来构造量子比特的方案也被称为“天然的二能级系统”,它具有简单、稳定和容易操纵的特点,因此也是最早被广泛研究的物理系统。时至今日,天然的二能级系统已经发展成为量子计算赛道上的“第一方面军”。接下来。我们将会简单地介绍这支队伍中的不同成员。

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回复科技土拨鼠:叠加状态大于两个能级的量子比特被称为量子电码,它可存在于0、1和2等多个态中
回复科技土拨鼠:量子比特,物理学术语,参照Shannon信息论中比特描述信号可能状态的特征,量子信息中引入了“量子比特”的概念。 叠加状态大于两个能级的量子比特被称为量子电码,它可存在于0、1和2等多个态中。
回复科技土拨鼠:量子比特,物理学术语,参照Shannon信息论中比特描述信号可能状态的特征,量子信息中引入了“量子比特”的概念。叠加状态大于两个能级的量子比特被称为量子电码,它可存在于0、1和2等多个态中
回复科技土拨鼠:量子比特,物理学术语,参照Shannon信息论中比特描述信号可能状态的特征,量子信息中引入了“量子比特”的概念。叠加状态大于两个能级的量子比特被称为量子电码,它可存在于0、1和2等多个态中

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