Qbit

Un qbit^[1] (de l'anglès qubit, de quantum bit) o bit quàntic és un sistema quàntic amb dos estats propis que es pot manipular de manera arbitrària.

Qbit

Tipus	unitat d'informació
Unitat de	informació quàntica
Epònim	bit
Fórmula	${\displaystyle {\mathcal {H}}=\operatorname {Span} _{\mathbb {C} }\{|0\rangle ,|1\rangle \}}$

Aquesta informació pot representar-se mitjançant l'estat d'un sistema quàntic binari (com per exemple, l'espín d'un electró). Matemàticament, pot descriure's com un vector de mòdul unitat en un espai vectorial complex bidimensional. Els dos estats bàsics d'un qbit són ${\displaystyle |0\rangle }$ i ${\displaystyle |1\rangle }$, que corresponen al 0 i 1 del bit clàssic (es pronuncien: ket zero i ket un). Però a més, el qbit pot trobar-se en un estat de superposició quàntica (també denominat estat qbital pur) combinació d'aquests dos estats (${\displaystyle |0\rangle }$ + ${\displaystyle |1\rangle }$). En això és significativament diferent a l'estat d'un bit clàssic, que pot prendre només els valors 0 o 1.^[2]

Representació matemàtica

Un qbit es representa com una superposició o combinació lineal de dos estats bàsics ${\displaystyle |0\rangle }$ i ${\displaystyle |1\rangle }$ :^[3]

${\displaystyle |\psi \rangle =\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle }$

on α y β s'anomenen amplituds de probabilitat i són nombres complexos. Els quadrats d'aquests coeficients representen la probabilitat d'obtenir en una mesura els resultats ${\displaystyle |0\rangle }$ i ${\displaystyle |1\rangle }$. Donat que la probabilitat total ha de ser igual a 1, llavors cal que es verifiqui l'equació :

${\displaystyle \|\alpha \|^{2}+\|\beta \|^{2}=1}$

on

${\displaystyle \alpha =\mathrm {e} ^{\mathrm {i} \phi /2}\cos(\theta /2)}$

${\displaystyle \beta =\mathrm {e} ^{-\mathrm {i} \phi /2}\sin(\theta /2)}$

i llavors :

${\displaystyle \left|\psi \right\rangle =\mathrm {e} ^{\mathrm {i} \phi /2}\cos(\theta /2)\left|0\right\rangle +\mathrm {e} ^{-\mathrm {i} \phi /2}\sin(\theta /2)\left|1\right\rangle }$

Representació física

Qualsevol estat quàntic de 2 nivells es pot emprar per a representar un qbit. Per exemple:

Variable física	Nom	Estat ${\displaystyle |0\rangle }$	Estat ${\displaystyle |1\rangle }$
Fotó	Polarització	Horitzontal	Vertical
Electró	Espín	Amunt	Avall
Punt quàntic	Espín	Amunt	Avall
Efecte Josephson	Corrent	Sentit horari	Sentit antihorari

Exemples de circuits quàntics reals

Fabricant	Data	Nombre de qbits	Més informació
Google	2016	9	[4]
IBM	2017	17	[5]
IBM	previst 2018	49	[5]