[科普中國]-量子比特

量子比特還沒有一個(gè)明確的定義，不同的研究者采用不同的表達(dá)方式。參照Shannon信息論中比特描述信號(hào)可能狀態(tài)的特征，量子信息中引入了“量子比特”的概念。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事陸朝陽、劉乃樂、汪喜林等通過調(diào)控六個(gè)光子的偏振、路徑和軌道角動(dòng)量三個(gè)自由度，在國際上首次實(shí)現(xiàn)18個(gè)光量子比特的糾纏，刷新了所有物理體系中最大糾纏態(tài)制備的世界紀(jì)錄。

概述參照Shannon信息論中比特描述信號(hào)可能狀態(tài)的特征，量子信息中引入了“量子比特”的概念。量子比特的英文名字為quantum bit，簡(jiǎn)寫為qubit或qbit。

1983年，Stephen wiesner在他量子貨幣的提案中第一次引入了量子比特的概念。而“量子比特”這個(gè)術(shù)語的問世應(yīng)歸功于Benjamin schumacher，在他論文的致謝辭中，schumacher 表示術(shù)語“量子比特”是他在同William wootters的一次談話時(shí)提出的，只是因?yàn)樗糯囊环N長(zhǎng)度測(cè)量單位腕尺（cubit）的發(fā)音相似。在量子計(jì)算中，作為量子信息單位的是量子比特，量子比特與經(jīng)典比特相似，只是增加了物理原子的量子特性。1

定義量子比特還沒有一個(gè)明確的定義，不同的研究者采用不同的表達(dá)方式，例如，從物理學(xué)的角度，人們習(xí)慣于根據(jù)量子態(tài)的特性稱為量子比特（qubit或qbit）、糾纏比特（ebit）、三重比特（tribit）、多重比特（multibit）和經(jīng)典比特（cbit）等等。這種方式讓人眼花繚亂，并且對(duì)量子比特的描述要根據(jù)具體的物理特性來描述。為了避免這些問題的困擾，這里從信息論的角度對(duì)量子比特做出統(tǒng)一的描述。2

物理特性量子計(jì)算機(jī)的物理結(jié)構(gòu)是糾纏態(tài)原子自身的有序排列，量子比特在系統(tǒng)中表示狀態(tài)記憶和糾纏態(tài)。量子計(jì)算是通過對(duì)具有量子算法的量子比特系統(tǒng)進(jìn)行初始化而實(shí)現(xiàn)的，這里的初始化指的是把系統(tǒng)制備成糾纏態(tài)的一些先進(jìn)的物理過程。在兩態(tài)的量子力學(xué)系統(tǒng)中量子比特用量子態(tài)來描述，這個(gè)系統(tǒng)在形式上與復(fù)數(shù)范圍內(nèi)的二維矢量空間相同。兩態(tài)量子力學(xué)系統(tǒng)的例子是單光子的偏振，這里的兩個(gè)狀態(tài)分別是垂直偏振光和水平偏振光。1

基本性質(zhì)在經(jīng)典力學(xué)系統(tǒng)中，一個(gè)比特的狀態(tài)是唯一的，而量子力學(xué)允許量子比特是同一時(shí)刻兩個(gè)狀態(tài)的疊加，這是量子計(jì)算的基本性質(zhì)。

基本特征從物理上來說量子比特就是量子態(tài)，因此，量子比特具有量子態(tài)的屬性。由于量子態(tài)的獨(dú)特量子屬性，量子比特具有許多不同于經(jīng)典比特的特征，這是量子信息科學(xué)的基本特征之一。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

程鵬 - 副教授 - 西南大學(xué)