Кубіт: серце квантового комп’ютера

[baby]

У світі високих технологій, де класичні комп’ютери вже давно стали невіддільною частиною нашого життя, квантові комп’ютери обіцяють революцію, яка змінить наше розуміння обчислювальних можливостей. У центрі цієї революції стоїть кубіт — елементарна одиниця квантової інформації. На відміну від класичного біта, обмеженого значеннями 0 і 1, кубіт володіє унікальними квантовими властивостями, що дозволяють йому перебувати в стані суперпозиції, поєднуючи одночасно обидва значення. Ця дивовижна особливість робить кубіт ключовим компонентом квантових комп’ютерів, які можуть виконувати неймовірно складні обчислення значно швидше за свої класичні аналоги. Розуміння природи та потенціалу кубітів відкриває двері в майбутнє, де квантові технології можуть подолати поточні обмеження і привести до нових наукових та технологічних досягнень.

Що таке кубіт?
Малюнок наведений нижче зображає дві елементарні одиниці вимірювання інформації: біт, застосовуваний у роботі звичайних комп’ютерів, і кубіт, на властивостях якого засновані квантові комп’ютери.



Класичний біт приймає два значення, тобто його фізичний носій може проверка номеров в уганде перебувати тільки у двох певних станах. Наприклад, якщо транзистор у процесорі пропускає електричний струм, то він приймає значення 1, якщо не пропускає — 0. Біт перебуває у суворо певному стані, проміжних значень між 0 і 1 для нього не існує.

Кубіт (від англ. q-bit, quantum bit) також може приймати значення 0 і 1, але, на відміну від простого біта, він ними не обмежений. Якщо кубіт може перебувати в якихось двох базисних станах, то він може перебувати й в суперпозиції цих станів, тобто приймати величезну кількість проміжних значень. Простір станів кубіта зручно уявляти у вигляді сфери Блоха. На північному полюсі сфери значення 0, на південному — 1. Але є ще й уся інша поверхня, яка являє собою всі можливі стани.

Створити кубіт можна з будь-яких квантових об’єктів, які мають два базисні стани. Наприклад, електрон зі спіном ½ може перебувати у двох станах: спін вгору і спін вниз. Будь-яка частинка з такою властивістю, хай то фотон, нейтральний атом або іон, може виступати як кубіт.

Проте на цей час найбільш технологічно досконалі квантові комп’ютери працюють на надпровідних кубітах — мікросхемах із надпровідників з нанорозмірними розривами (джозефсонівськими переходами). Ключова перевага надпровідних кубітів — це можливість виготовляти їх за допомогою налагоджених процесів, застосовуваних під час створення мікроелектроніки.