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量子位元
鎖定
量子位元（又稱為
Q位元、qubit，
量子比特），在量子資訊科學中是量子信息的計量單位。傳統
電腦使用0和1，量子電腦也是使用0跟1，但與之不同的是，其0與1可同時計算。古典系統中，一個位元在同一時間，不是0，就是1，但量子位元是0和1的
量子疊加。這是量子電腦計算的特性。
- 中文名
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量子位元
- 外文名
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Qubit
- 領 域
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量子力學
量子位元定義
具有
量子特性的系統（通常為
雙態系統，如自旋1/2粒子），選定兩個相互
正交的
本徵態，分別以
（採狄拉克標記右括向量表示）和
代表。當對此係統做投影式量子測量時，會得到的結果必為這兩個本徵態之一，以特定機率比例出現。此外，這兩個本徵態可以
複數係數做
線性疊加得到諸多新的量子態
而從
量子力學得知，這些線性疊加態
的兩個複數係數，必須要求各自絕對值平方相加之和為1，也就是：
兩個本徵態
、
及無限多種線性疊加態
，集合起來就代表了一個量子位元；各態皆屬
純態。
和（古典）
位元“非0即1”有所不同，量子位元可以“又0又1”的狀態存在，所謂“又0又1”即上述無限多種
組合的線性疊加態。這特性導致了量子平行處理等現象，並使
量子計算應用在某些課題上顯著地優於古典計算，甚至可進行古典計算無法做到的工作。
量子位元通常會採用一種幾何表示法將之圖像化，此表示法稱之為
布洛赫球面。
[1]
量子位元按方向所採的諸多表示法
若設定
、
順沿
直角座標系的z方向，則有諸多表示法。可採上述
向量形式如狄拉克標記的右括向量，亦可將之表為行矩陣；另外有
密度矩陣形式，可表為右括向量乘以左括向量，或表為
方塊矩陣，可見如下：
量子位元z方向
量子位元x方向
量子位元y方向
量子位元量子三元
量子三元（qutrit）是量子位元的推廣，有些應用採取之。量子三元以狄拉克標記右括向量表示可寫為
、
、
。一個
自旋為1的粒子，其自旋自由度有三，所對應的
本徵值為+1, 0, -1，此粒子即可用作量子三元。
[2]
- 參考資料
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1.
Anthony J. Leggett: Quantum computing and quantum bits in mesoscopic systems. Kluwer Academic, New York 2004, ISBN 0-306-47904-4.
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2.
Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang: Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press, Cambridge 2000, ISBN 0-521-63503-9.
