qubit

Ответ от Stepanov Roman[гуру]
Ну, в вики сказано практически все, что нужно 🙂 Чтобы разобраться в этом - читайте книги по квантовой механике. Могу лишь качественную картину набросать.
Далее буду придерживаться статьи про кубит из вики. Вкратце так: произвольное состояние одного кубита описывается его волновой функцией f (ее вообще-то принято обозначать пси, но лень) . При измерениях любая квантовая система может быть обнаружена только в некоторых особых состояниях, которых, вообще говоря, может быть бесконечно много. Искусство изготовления кубита (и проведения измерений) состоит в том, чтобы таких "особых" состояний оказалось только два (это первая часть ответа на Ваш 1й вопрос) . Например, можно следить за направлением спина образующей кубит частицы ("вверх" - "состояние" 1, "вниз" - "состояние" 0).
Волновые функции кубита в "состояниях" 0 и 1 (подобные состояния еще называют чистыми) обзовем |0> и |1> соответственно. Между измерениями кубит как-то живет, т. е. его волновая функция f как-то меняется, и проще всего ее представлять как вектор (единичной длины, но об этом чуть ниже) в двумерном пространстве, в котором оси координат соответствуют функциям |0> и |1>. Начало вектора совпадает с началом координат, а конечная точка, задаваемая двумя (строго говоря - комплексными) числами-координатами А и В (пространство-то двумерно) бегает по единичной "окружности" и описывает все события жизни кубита. Сколько точек на окружности? Несчетное множество - это вторая часть ответа на Ваш 1й вопрос. Каждая из них отвечает какому-то состоянию кубита, складывающемуся, в свою очередь, из некоторых долей "чистых состояний" |0> и |1>. Это и есть суперпозиция квантовых состояний - ответ на Ваш 2й вопрос.
Очень грубо можно считать, что в ходе измерения кубит свалится на ту координатную ось (т. е. в то выделенное "состояние"), которая ему в данный момент окажется ближе. Это вероятностный процесс - за деталями отсылаю к литературе по квантовой механике (которой море, в том числе и популярной) , а также к в вики. В нашем случае вероятностям соответствуют |А|^2 (обнаружили "состояние" 0) и |В|^2 (обнаружили 1). Кстати: именно для того, чтобы они были вероятностями, "длина" вектора, отвечающего функции f, должна быть равна 1.
Подытожим: кубит имеет только ДВА НАБЛЮДАЕМЫХ состояния, но бесконечное (и несчетное) множество возможных состояний, в которых он может находиться между измерениями. Каждое из возможных состояний является суперпозицией, т. е. некоторой "суммой" двух реально наблюдаемых состояний. При измерении мы с той или иной вероятностью поймаем кубит в одном из двух наблюдаемых состояний. Хорошей иллюстрацией того, насколько далеко все это от наших обыденных представлений, является парадокс .