Apa itu superposisi dalam komputasi kuantum?
Jika kucing dari unit sebelumnya adalah kucing kuantum, keadaan kucing kuantum dan sistem kotak akan sama: jumlah enam posisi kucing kuantum yang berbeda sehubungan dengan kotak, ditimbang oleh kemungkinan menemukan kucing kuantum di posisi itu. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa kucing klasik dapat berada di satu (dan hanya satu) dari enam posisi yang mungkin sementara kucing kuantum dapat berada di keenam posisi pada saat yang sama!
Di dunia klasik, objek hanya dapat berada dalam satu keadaan pada satu waktu. Namun, di dunia kuantum, partikel kuantum dapat berada di beberapa negara bagian pada saat yang sama. Fenomena ini disebut superposisi.
Dalam komputasi kuantum tidak ada yang menggunakan kucing kuantum - sedih - tetapi qubits. Kata "qubit" berarti "quantum bit". Sama seperti dalam komputasi klasik, di mana unit informasi dasar adalah bit, dalam komputasi kuantum, unit informasi dasar adalah qubit. Dan sama seperti bit dapat mengambil dua nilai yang mungkin, 0 dan 1, qubit adalah partikel kuantum apa pun yang dapat berada di dua status yang mungkin. Misalnya, qubit bisa menjadi foton, yang dapat dipolarisasi dalam dua arah, atau elektron, yang dapat berada dalam dua tingkat energi.
Bagaimana Anda dapat mewakili superposisi dalam qubit? Apa kemungkinan menemukan qubit dalam keadaan tertentu?
Bagaimana Anda dapat mewakili superposisi dalam qubit?
Qubit adalah partikel kuantum yang memiliki dua kemungkinan posisi, atau negara bagian. Sebagai analog ke bit klasik, status kuantum dari qubit juga disebut $ 0 dan $ 1 $. Qubit dapat berada dalam status $0$, dalam keadaan $1$, dan dalam superposisi apa pun dari kedua negara bagian. Bagaimana Anda dapat mewakili superposisi ini?
Bayangkan Anda menggambar lingkaran dan sumbu vertikal dan horizontal sehingga titik tengah adalah pusat lingkaran. Status $0$ ditempatkan di titik atas sumbu vertikal dan status $1$ berada di titik bawah.
Bagaimana Anda bisa menggambarkan representasi ini? Anda dapat mengatakan bahwa negara $0$ adalah panah, atau vektor, menunjuk ke atas dan status $1$ adalah vektor yang menunjuk ke bawah. Oleh karena itu bit klasik akan menjadi vektor yang menunjuk ke atas atau ke bawah, tetapi tidak pernah ke arah lain.
Bagaimana dengan titik lingkaran lainnya? Bagaimana Anda dapat mewakili status itu? Sama seperti koordinat dalam pesawat, Anda dapat mencoba mewakilinya sebagai kombinasi dari dua negara $ 0 dan $ 1 $ . Misalnya, Anda dapat mengambil seberapa dekat vektor dari status $0$ dan memanggil sudut ini $\alpha$, dan seberapa dekat dari status $1$ dan memanggil sudut ini $\beta$. Kita bisa mewakili status sebagai $\alpha 0 + \beta 1 $. Dengan demikian, negara adalah superposisi negara $0$ dan $1$.
Sama seperti contoh kucing dan kotak, status global kubit adalah jumlah negara bagian individu, $0$ dan $1$, ditimbang oleh probabilitas menemukan qubit dalam keadaan itu, $\alpha$ dan $\beta $.
Representasi qubit ini sebenarnya akurat, dan dikenal sebagai bola Bloch.
Tip
Bola Bloch adalah alat yang kuat karena operasi yang dapat kita lakukan pada qubit dapat diwakili sebagai rotasi tentang salah satu sumbu kardinal. Sementara menganggap perhitungan kuantum sebagai urutan rotasi adalah hal yang sulit dihilangkan, cukup menantang untuk menggunakan pemikiran ini guna merancang dan menggambarkan algoritma. T# meringankan masalah ini dengan menyediakan bahasa untuk menjelaskan rotasi tersebut.
Apa probabilitas menemukan qubit dalam keadaan?
Seperti dalam contoh kucing dan kotak unit sebelumnya, status global kubit adalah jumlah negara bagian individu, $0$ dan $1$, ditimbang oleh probabilitas menemukan qubit dalam keadaan itu, $\alpha$ dan $\beta $. Angka $\alpha$ dan $\beta$ mewakili seberapa "tutup" status kubit ke negara bagian $0$ dan $1$, masing-masing. Jadi, apakah $\alpha$ dan $\beta$ probabilitas menemukan qubit dalam keadaan $0$ atau $1$? Belum tentu.
Angka $\alpha$ dan $\beta$ adalah amplitudo probabilitas untuk setiap status. Nilai absolutnya, misalnya $|\alpha|^2$ memberikan probabilitas yang sesuai. Misalnya, probabilitas untuk mengamati status $0$ adalah $|\alpha|^2$, dan probabilitas mengamati status $1$ adalah $|\beta|^2$.
Angka $\alpha$ dan $\beta$ dapat berupa angka positif, negatif, atau bahkan kompleks. Namun, dalam superposisi kuantum yang valid, semua probabilitas harus berjumlah satu: $|\alpha|^2+|\beta|^2=1$. Kendala ini dikenal sebagai kondisi normalisasi. Anda dapat menganggap kondisi normalisasi sebagai fakta bahwa Anda selalu mendapatkan hasil ketika Anda mengukur, sehingga probabilitas pengukuran setiap kemungkinan hasil harus berjumlah satu.