Qubit

(Kübit sayfasından yönlendirildi)

Qubit (İngilizce telaffuz: [ˈkjuːbɪt]) kuantum bilgisayarlarda, (Qubit veya kuantum bit) klasik bit analogu bir kuantum-bilgi birimidir. Burada iki durum vardır: dikey polarizasyon ve yatay polarizasyon. Bir Kübit böyle tek bir fotonun foton polarizasyonu gibi iki durumlu kuantum mekaniği sistemidir. (Two-state quantum system) Klasik sistemde, bir durum ya da diğeri olabilir, ancak kuantum mekaniğinde Kübit, yani aynı anda her iki durumun bir kuantum süperpozisyonu (Quantum superposition) içinde olabilmesi, kuantum bilgisayarı için temel bir özellik olarak yarar sağlamaktadır.

Bite karşı KübitDüzenle

Bir bit bilginin temel birimidir. Bu bitler, bilgisayarlar ile bilgi temsil etmek için kullanılır. Fiziksel gerçekleştirilmesi ne olursa olsun, bir bit her zaman, bir 0 ya da bir 1 olmaktadır. Buna benzer olarak, bir elektrik anahtarında, 0 kapalı konumu ve 1 açık konumu temsil eden pozisyondur.

Bir kübit ile klasik bit arasında birkaç benzerlik vardır, ancak genel olarak farklıdır. Bir bit gibi, bir kübit de iki olası değer alır, normalde bir 0 veya 1 bit olabilir. Aradaki fark, klasik sistemde bir bit 0 ya da 1 "olmalı"dır, oysa bir kübit "olabilir"dir. 0, 1, ya da her ikisinin kuantum süperpozisyonu üst üste olması söz konusudur. Bu, temel matematiktir. (1 in karekökü) + (1 in karekökü) normal sistemde sadece 2 veya -2 edebilir, çözümleri 1+1 veya -1-1 olarak düşünülür, ama aslında bir sonuç seçeneği de 0 dır ve çözümü de (-1 + 1) veya (+ 1 -1) olarak ifade edilmektedir. Bu karekök ^ 1 ( 1/2 ) ya da 1 ^ ( 1/32 ), örnek için olan birimin kökleri ve daha sonra kare alma ile dalga fonksiyonu çöken her karekök ile aynı denklemi genişletmektedir.[kaynak belirtilmeli]

GösterimiDüzenle

Bir kübitin ölçülebilir olan iki durumu, (vektör uzayı içinde) taban durumları kadar bilinir. Kuantum durumları genel olarak, Dirac ya da bra-ket gösterimi [en] ile temsil edilmektedir. Bu iki temel hesaplama durumları geleneksel biçimde   ve   olarak yazılır. (Telaffuzu: "ket 0" ve "ket 1")

Kübit durumlarıDüzenle

 
Bloch küresi bir kübit'in gösterimi. Olasılık genliği konu içinde   ve   tarafından veriliyor

Bir saf kübit durumu bir temel durumun doğrusal üst üste gelmesidir. Bu anlamda kübit;

  ve   nin bir doğrusal bileşimi olarak gösterilebilir:
 

Burada α ve β olasılık genliğidir ve genel olarak her ikisi de karmaşık sayıların içinde olabilir. Bu kübit standart baz içinde ölçülürse ise, olasılık     'dır ve çıkışın olasılığı     'dir. Genliklerinin mutlak kareleri olasılıklara eşit olduğundan, α ve β denklemi ile kısıtlanması gerektiği aşağıdadır:

 

Bu sağlar çünkü tek bir durumu veya diğer birini ölçmek gerekmektedir.

Bloch küresiDüzenle

Bloch küresi (diyagrama bakınız) bir tek kübit durumunun olasılığı için kullanılabilen gösterimdir. Bir küresel gösterimi klasik bit olabilen, bir yalnızca "Kuzey kutbu" veya "Güney kutbu", burada sırasıyla   ve   lokasyonu içerisindedir. Küre yüzeyinin geri kalanı klasik bir bit erişilemez, ama saf kübit durum yüzeyi üzerinde herhangi bir noktaya ile temsil edilebilir. Örneğin, saf kübit durumu   pozitif y ekseni üzerinde, kürenin ekvatoruna yatık olur.

Kürenin yüzeyindeki iki-boyutlu uzayı saf kübit durumunun durum uzayı (fizik) (State space) gösterimidir. Bu durum uzayının iki yerel serbestlik derecesi (fizik ve kimya) (Degrees of freedom) vardır. Bu ilk bakışta serbestlik dört derece olması gerektiğini görünebilir, karmaşık sayılar ile her ikisinin serbestlik derecesi α ve β dır. Ancak, serbestliğin bir derecesi   kısıtlaması ile çıkartılmıştır. Diğeri, keyfi seçilebilen α 'nın gerçek olması, sadece iki serbestlik derecesinin ayrılması durumların tüm faz fiziksel gözlemlerin sonucu değildir.

O bir karışık durum içinde kübit koyma olasılığıdır, bir farklı saf durumun istatistiksel kombinasyonudur. Karışık durumlar Bloch kürenin içinde puan ile temsil edilebilir.

Operasyonlar olarak saf kübit durumlarıDüzenle

Burada fiziksel operasyonların çeşitli türleri saf kübit durumları gerçekleştirilebilir.[kaynak belirtilmeli]

  • Bir kuantum mantık kapıları bir kübit işlemi olabilir. Matematik dille, kübit bir temel dönüşüme uğrar. Birim dönüşüm kübit vektörün dönmesine karşılık Bloch küre içindedir.
  • Standard temel ölçüm bir operasyondur ve bu bilginin içindedir kübit'in kapısı durumu hakkındadır. Ölçümün sonucu,  , ile olasılığı   yoluyla yapılacaktır, veya  , ile olasılık   dir.
  • Örneğin, eğer ölçüm sonuçları   ise ve α 1'e değişirse (yukarı faza) ve β 0'a değişirse Kübit durumu ölçümü α ve β değerlerini değiştirir. Bir kübit'in ölçümü durumu dolaşık ile diğer kuantum sistem dönüşümü, bir saf durum içine bir karışık durumdur.

DolaşıklıkDüzenle

Bir kübit ve bir klasikleşmiş bit arasındaki bir önemli ayırıcı özellik çoğul kübitler kuantum dolaşık sergileyebilirler. Dolaşıklık bir yerel olmayan özellik daha yüksek korelasyon ifade etmenizi sağlayan kübitlerin kümesi klasik sistemlerde mümkündür. İki dolaşık kübitlerin Bell durumu içindeki örneği:

 

Bu durum içinde, bir eş üst üstelik denilmektedir. Burada ölçümün eş olasılık   veya  ,   oluşturmaktadır.

Bu iki dolaşmış kübitlerin biri Alice ve Bob verilen her birini, ayrı düşünülmektedir. Alice Qubit ölçümünü yapar, elde ettiği ile eş olasılık ya da   veya  tır. Çünkü qubitlerin dolaşıklığı, Bob şimdi tam olarak Alice'le aynı ölçmeyi vermesi gerekir; yani eğer onun bir   ölçüsü ile, Bob'un aynı ölçmesi gerekir,   yalnıca burada durum Alice'in kübit'i bir   'dır.

Dolaşıklık ayrıca birden çok durumları sağlar (örneğin Bell durumu Yukarıda belirtilen) bir seferde sadece tek bir değer olabilir. Klasik bit aksine, aynı anda hareket için. Dolaşıklık klasik bir bilgisayarda verimli yapılamaz herhangi bir kuantum hesaplama yapan zorunlu bir maddedir. Kuantum hesaplama ve iletişim başarıları gibi , birçok kuantum ışınlanma ve superdense kodlama, bir dolanmanın bir kaynak olduğunu düşündürür, dolaşıklıkta kuantum hesaplamadan faydalanmak özeldir.

Kuantum kayıtDüzenle

Birlikte alınan dolaşmış kübitlerin bir dizisi ile bir qubit kayıttır. Bir Kuantum bilgisayarının yazmacındaki qubitlerin manipüle edilerek hesaplamaları gerçekleştirmektir. Qubitlerin bir qubyte'ı sekiz dolaşık topluluğudur. İlk olarak Aralık ayında Avusturya'daki Innsbruck Üniversitesi'nin Quantum Optik ve Kuantum Bilgi Enstitüsü'nde çalışan bir ekip tarafından gösterilmiştir.[1]

Qubit çeşitlemeleriDüzenle

Qubit'e benzer şekilde, qutrit 3 seviyeli bir kuantum sisteminde kuantum bilgileri ve birimidir. Trit, bu klasik bilgi birimine benzer. Burada kullanıldığı şekliyle "qudit" bir d-düzeyinde kuantum sistemindeki bir kuantum bilgi birimini belirtmek için kullanılmaktadır.

Kübit depolamaDüzenle

31P nükleer spin " Solid-durum kuantum hafıza kullanarak", Nature dergisinin 23 Ekim 2008 sayısında yayınlanan başlıklı bir yazıda, Enerji Lawrence Berkeley ABD ile araştırmacıları dahil bilim,[2] uluslararası bir ekip Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Laboratuvarı); bir nükleer spin "bellek" Kübit bir elektron kübit bir spin "işleme", içinde süper pozisyon durumu ilke göre nispeten uzun (1.75 saniye) ve tutarlı transferi bildirildi. Bu olay ilk nispeten tutarlı kuantum veri olarak kabul edilebilir depolama, kuantum bilgisayarı geliştirilmesine yönelik önemli bir adımdır. Benzer sistemlerin (yerine nötr vericilerden daha yüklü kullanılarak) son modifikasyonu dramatik bu kez oda sıcaklığından çok düşük sıcaklıklarda ve 39. dakikasında 3 saate kadar artırılmıştır.[3]

Ayrıca bakınızDüzenle

KaynakçaDüzenle

  1. ^ "UIBK.ac.at" (İngilizce). 23 Kasım 2005 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  2. ^ J. J. L. Morton (2008). "Solid-state quantum memory using the 31P nuclear spin". 455 (7216). ss. 1085-1088. Bibcode:2008Natur.455.1085M. doi:10.1038/nature07295. 
  3. ^ Kamyar Saeedi (2013). "Room-Temperature Quantum Bit Storage Exceeding 39 Minutes Using Ionized Donors in Silicon-28". 342 (6160). ss. 830-833. doi:10.1126/science.1239584. 

Dış bağlantılarDüzenle