量子ビット

量子ビット（りょうしビット、quantum bit, Qbit）は、量子情報科学および量子コンピュータにおいて情報を表現・処理するための基本単位である。通常 qubit（キュービット）と略記される。

古典的なビットが0または1のいずれかの状態のみをとるのに対し、量子ビットは量子力学に基づき、それらの重ね合わせ状態もとることができる。状態は連続的に変化するが、測定結果は0または1のいずれかとなる。この性質により、量子計算では古典計算とは異なる情報処理が可能となる。

量子情報処理において Qubit の状態は量子力学的2準位系の状態ベクトルで表現される。古典ビットは2状態である（以下ではその2つの状態をそれぞれ、0 と 1 とする）。それに対して量子ビットは、そのような2状態の量子力学的重ね合わせ状態もとることができる。ブラ-ケット記法では、1量子ビットは、と表現される。ここで、はの関係を満たす複素数である。これを観測した際、状態を得る確率はであり、状態を得る確率はである。同じ記法で古典ビットを表現すると、は、どちらかが0で、もう一方が1である。

つまり、ビットは0と1の状態しかとれないことに対して量子ビットは0と1と、その重ね合わせの状態を取れるということである。

量子レジスタ 複数の量子ビットをまとめて量子ビットレジスタと呼ぶ。量子コンピュータは、レジスタ内の量子ビットを操作することで計算を実行する。

量子ビットと量子トリット 量子ビットとは、適切なdレベル量子システムで実現可能な量子情報の単位を指した。

量子ビットは古典コンピュータにおける整数型に類似しており、量子ビットのアレイにマッピング（またはアレイによって実現）することができる。dレベルシステムが2の指数でない量子ビットは、量子ビットのアレイにマッピング出来ない。例えば、5レベルの量子ビットは可能である。

2017年、国立科学研究所の研究者たちは、それぞれ10種類の異なる状態を持つ量子ビットのペアを構築し、6量子ビットよりも高い計算能力を実現した。

脚注

出典

関連項目 量子力学 2状態系 情報理論 量子コンピュータ

外部リンク