في عالم ميكانيكا الكم، يمثل الكيوبت الوحدة الأساسية للمعلومات الكمومية، وهو مشابه للبت الكلاسيكي. على عكس البتات الكلاسيكية، التي يمكن أن توجد في حالة 0 أو 1، يمكن أن توجد الكيوبتات في تراكب كلتا الحالتين في وقت واحد. تقع هذه الخاصية الفريدة في قلب الحوسبة الكمومية ومعالجة المعلومات الكمومية، مما يوفر إمكانية القوة الحسابية الأسية مقارنة بالأنظمة الكلاسيكية.
أحد المبادئ الأساسية التي تحكم الكيوبتات هو التراكب، والذي يسمح لها بالوجود في حالات متعددة حتى يتم قياسها. عندما يكون الكيوبت في حالة تراكب، فإنه يحمل مزيجًا من 0 و1، مع معاملات تحدد احتمالية قياس كل حالة عند المراقبة. ومع ذلك، فإن عملية قياس الكيوبت تؤدي إلى تعطيل حالة التراكب الخاصة به، مما يؤدي إلى انهياره إلى إحدى الحالات الأساسية (0 أو 1). تُعرف هذه الظاهرة بانهيار الدالة الموجية.
يعد انهيار الدالة الموجية عند القياس جانبًا أساسيًا في ميكانيكا الكم. إنه ينبع من الطبيعة الاحتمالية للحالات الكمومية وعدم اليقين المتأصل في التنبؤ بنتائج القياسات. هذا الانهيار ليس حتميًا، مما يعني أنه لا يمكن تحديد نتيجة القياس بدقة مسبقًا؛ وبدلاً من ذلك، فهو محكوم بالاحتمالات التي تمليها معاملات حالة التراكب.
من الناحية العملية، عندما يتم قياس الكيوبت، يتم فقدان حالة التراكب، ويفترض الكيوبت حالة محددة إما 0 أو 1. وتغير هذه العملية التي لا رجعة فيها المعلومات الكمومية المشفرة في الكيوبت، مما يؤدي إلى فقدان المزايا الحسابية المقدمة. عن طريق التراكب. ونتيجة لذلك، فإن قياس الكيوبت يدمر بالفعل تراكبه الكمي، وينقله إلى حالة كلاسيكية ذات قيمة محددة جيدًا.
لتوضيح هذا المفهوم، فكر في الكيوبت في حالة التراكب الممثلة بـ |ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩، حيث α و β هما سعة احتمالية معقدة. عند القياس، ينهار الكيوبت إما إلى |0⟩ مع احتمال |α|^2 أو |1⟩ مع احتمال |β|^2. إن عملية القياس تختار بشكل فعال إحدى هذه النتائج، مما يتسبب في فقدان الكيوبت لخصائص التراكب ويظهر السلوك الكلاسيكي.
يؤدي قياس الكيوبت إلى تدمير تراكبه الكمي، مما يؤدي إلى انهيار الدالة الموجية وفقدان التماسك الكمي. يدعم هذا الجانب الأساسي من ميكانيكا الكم الانتقال من السلوك الكمي إلى السلوك الكلاسيكي في أنظمة معالجة المعلومات الكمومية، مما يسلط الضوء على الطبيعة الدقيقة للحالات الكمومية وتأثير القياس على خصائصها.
أسئلة وأجوبة أخرى حديثة بخصوص أساسيات المعلومات الكمية EITC/QI/QIF:
- هل اتساع الحالات الكمومية دائمًا أرقام حقيقية؟
- كيف تعمل بوابة النفي الكمومي (بوابة NOT الكمومية أو بوابة Pauli-X)؟
- لماذا بوابة Hadamard قابلة للانعكاس ذاتيًا؟
- إذا قمت بقياس الكيوبت الأول لحالة بيل على أساس معين ثم قمت بقياس الكيوبت الثاني على أساس يدور بزاوية ثيتا معينة، فإن احتمال حصولك على إسقاط للمتجه المقابل يساوي مربع جيب ثيتا؟
- ما عدد البتات من المعلومات الكلاسيكية المطلوبة لوصف حالة تراكب الكيوبت الاعتباطي؟
- كم عدد الأبعاد التي تبلغ مساحتها 3 كيوبت؟
- هل يمكن للبوابات الكمومية أن تحتوي على مدخلات أكثر من المخرجات بشكل مشابه للبوابات الكلاسيكية؟
- هل تشمل العائلة العالمية للبوابات الكمومية بوابة CNOT وبوابة Hadamard؟
- ما هي تجربة الشق المزدوج؟
- هل تدوير مرشح الاستقطاب يعادل تغيير أساس قياس استقطاب الفوتون؟
عرض المزيد من الأسئلة والأجوبة في أساسيات المعلومات الكمية EITC/QI/QIF