Qual é a diferença entre um qubit e um bit clássico?

Pelo que entendi, a principal diferença entre computadores quânticos e não quânticos é que computadores quânticos usam qubits, enquanto computadores não quânticos usam bits (clássicos).

Qual é a diferença entre qubits e bits clássicos?

physical-qubit

— MEE - Restabelecer Monica
fonte

Um bit é uma unidade binária de informação usada na computação clássica. Pode levar dois valores possíveis, geralmente considerados ou . Os bits podem ser implementados com dispositivos ou sistemas físicos que podem estar em dois estados possíveis. $0$ $1$

Para comparar e contrastar bits com qubits, vamos introduzir uma notação vetorial para bits da seguinte forma: um bit é representado por um vetor de coluna de dois elementos , onde representa e para . Agora o bit é representada pelo vector e o bit por . Assim como antes, existem apenas dois valores possíveis. $(\alpha,\beta)^T$ $\alpha$ $0$ $\beta$ $1$ $0$ $(1,0)^T$ $1$ $(0,1)^T$

$(\alpha,\beta)^T$ $|\alpha|^2+|\beta|^2=1$ $|\alpha|^2$ $|\beta|^2$ $(1,0)^T$ $(0,1)^T$

As operações usuais que são realizadas em qubits durante uma computação quântica são portas e medições quânticas. Um portão quântico (qubit único) recebe como entrada um qubit e fornece como saída um qubit que é uma transformação linear do qubit de entrada. Ao usar a notação vetorial acima para qubits, os portões devem ser representados por matrizes que preservam a condição de normalização; essas matrizes são chamadas matrizes unitárias. Portões clássicos podem ser representados por matrizes que mantêm bits como bits, mas observe que matrizes que representam portões quânticos geralmente não atendem a esse requisito.

$(\alpha,\beta)^T$ $[ (1,0)^T,(0,1)^T]$ $(1,0)^T$ $|\alpha|^2$ $(0,1)^T$ $|\beta|^2$

Não há muito que se possa fazer com um único bit ou qubit . O poder computacional completo de qualquer um deles vem do uso de muitos, o que leva à diferença final entre eles que será abordada aqui: vários qubits podem ser enredados. Informalmente, o emaranhamento é uma forma de correlação muito mais forte do que os sistemas clássicos podem ter. Juntas, superposição e emaranhamento permitem projetar algoritmos realizados com qubits que não podem ser feitos com bits. De maior interesse são os algoritmos que permitem a conclusão de uma tarefa com complexidade computacional reduzida quando comparados aos algoritmos clássicos mais conhecidos.

Antes de concluir, deve-se mencionar que um qubit pode ser simulado com bits (e vice-versa ), mas o número de bits necessários cresce rapidamente com o número de qubits. Consequentemente, sem computadores quânticos confiáveis, os algoritmos quânticos são apenas de interesse teórico.

— Kiro
fonte