量子ビット

量子計算の情報の最小単位。2 準位系。

$$|\psi ⟩=\alpha |0⟩+\beta |1⟩,|\alpha {|}^2+|\beta {|}^2=1$$

古典ビットとの違い#

	古典ビット	量子ビット
状態	0 か 1	複素数 2 つ（規格化と大域位相を除き実 2 自由度）
読み出し	何度でも	1 回。状態が壊れる
複製	自由	不可能（複製不可能定理）
$n$ 個	$n$ ビット	$2^n$ 個の振幅

物理的な実装#

2 準位系でありさえすればよいので、様々な実装がある。

方式	2 準位の中身	特徴
超伝導	回路の 2 つのエネルギー準位	高速。極低温が要る
イオントラップ	イオンの内部準位	精度が高い。遅い
光子	偏光など	室温。相互作用させにくい
中性原子	原子の準位	配列の自由度が高い

どの方式でもノイズとの戦いになる。

論理量子ビットと物理量子ビット#

実機の量子ビット（物理）は誤りやすい。 誤り訂正により、 多数の物理量子ビットから 1 つの信頼できる論理量子ビットを作る。

現在の見積もりでは、1 論理量子ビットに 数百〜数千の物理量子ビットが要る。 これが実用的な量子計算機の実現を遠ざけている主要因。

参考文献#

• Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information, 10th Anniversary Edition. Cambridge University Press, 2010. https://doi.org/10.1017/CBO9780511976667
• John Preskill. Quantum Computing in the NISQ era and beyond. Quantum 2, 2018. https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79