定義：量子信息基本單元。按狄拉克方法，用|0〉（0態(tài)）、|1〉（1態(tài)）或它們的線性疊加表示，物理上對應(yīng)一個雙態(tài)量子系統(tǒng)。

學(xué)科：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)_計(jì)算機(jī)交叉學(xué)科_量子計(jì)算與量子信息學(xué)

相關(guān)名詞：比特 量子信息 量子計(jì)算機(jī)

2020年11月19日，上海，2020長三角國際文化產(chǎn)業(yè)博覽會，本源量子，本源超導(dǎo)6比特量子處理器。圖片來源：視覺中國

【延伸閱讀】

0和1是電子計(jì)算機(jī)里最小的信息單位，稱為“位”（比特，bit）。在電子計(jì)算機(jī)里，所有信息都是用0和1的不同排列方式來表示的。例如，字母“N”表示為“1001110”。1和0，實(shí)際上分別對應(yīng)著電信號的“有”和“無”。開關(guān)閉合時有電信號，設(shè)為1；開關(guān)斷開時沒有電信號，設(shè)為0。

在量子計(jì)算機(jī)里，使用的是“量子位”（量子比特，qubit）。與電子計(jì)算機(jī)的比特（普通比特）不同，量子比特能同時表示0和1，也就是能表示0和1的疊加態(tài)。當(dāng)對量子比特進(jìn)行觀測時，疊加態(tài)就會“崩潰”（坍縮），確定為0或者1。

我們假設(shè)有10個比特（即10位），那么從0000000000到1111111111之中，0和1的排列方式會有2¹⁰（1024）種，但比特每次只能表示其中的一種排列（信息），例如“0110110001”。因?yàn)榱孔颖忍乜梢酝瑫r表示0和1，所以10量子比特通過疊加可以同時表示1024種排列。在疊加態(tài)下進(jìn)行計(jì)算，就可以同時計(jì)算全部1024種排列。例如，用量子比特表示的1～1024乘某個數(shù)時，計(jì)算次數(shù)不是1024次，而是1次就能完成。這是量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度遠(yuǎn)勝電子計(jì)算機(jī)的原因之一。

量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算效率會隨著量子比特?cái)?shù)量的增加而呈指數(shù)增長。例如，有10個量子比特，可以同時計(jì)算2¹⁰（1024）種排列；如果有30個量子比特，則可以同時計(jì)算2³⁰（1073741824）種排列。量子比特的數(shù)量是X，那么一次就可以同時計(jì)算2^X種排列。

要表示量子比特，用傳統(tǒng)的電信號“有”“無”的方法就不行了，而要利用其能夠處于疊加態(tài)的特性。例如，電子的自旋可以處于順時針和逆時針疊加的狀態(tài)，將順時針自旋設(shè)為0，逆時針自旋設(shè)為1，就可以用作量子比特了。與此類似，光子可以處于橫向和縱向偏振的疊加狀態(tài)，超導(dǎo)電路里的電流可以處于順時針流動和逆時針流動的疊加狀態(tài)，等等，它們都可以用來表示量子比特。

責(zé)任編輯：張鵬輝