큐비트란 무엇인가?

말 그대로 3D 공간의 방향을 의미합니다! 예를 살펴봅시다: 전자의 스핀.

화학 시간에 기억하는 사람이 많지 않지만, 전자는 작은 자석입니다! 우리는 그들의 북극 방향에 이름을 붙였습니다: 스핀.

전자의 자기장은 위, 아래, 또는 그 사이의 어떤 방향이든 가리킬 수 있습니다.

따라서 전자는 큐비트입니다: 방향을 가리키는 작은 것.

광자도 큐비트가 될 수 있습니다. 푸앵카레 구라는 매핑을 통해 방향을 가리키는 것으로 생각할 수 있는 편광이라는 속성을 가지고 있습니다. 여기서는 자세히 다루지 않습니다.

이것이 까다로운 부분입니다. 큐비트는 상태에 의존하거나 영향을 미칠 수 있는 다른 모든 물체나 힘으로부터 격리될 수 있을 만큼 작아야 합니다. 그래야만 양자 행동, 특히 양자 얽힘이 나타날 수 있습니다.

막대 자석도 큐비트가 될 수 있지만 너무 지저분합니다. 공기가 부딪치고, 사람이 만지고, 너무 큽니다. 무언가가 그것과 상호작용할 때마다 그 자석과 얽힙니다. 양자 얽힘은 여기에서 설명됩니다. 큐비트가 우리가 제어할 수 없는 너무 많은 것과 얽히면 그것이 어떻게 행동할지 더 이상 예측할 수 없습니다. 물체의 과도한 양자 얽힘을 결어긋남이라고 합니다. 우리는 결어긋남을 싫어합니다. 그렇게 되면 더 이상 그렇게 유용하고 제어 가능하지 않기 때문입니다. 막대 자석은 거의 즉시 결어긋납니다.

그렇게 빨리 결어긋나지 않는 큐비트를 많이 찾아냈습니다:

전자 자기장의 방향을 측정하는 것은 매우, 매우 어려우며, 사실 이론적으로 불가능합니다. 할 수 있는 최대치는 예/아니오 질문을 하는 것입니다: 위를 가리키고 있는가, 아래를 가리키고 있는가? (또는 선택한 어떤 두 반대 방향이든.) 그것을 측정이라고 합니다.

이는 사실 큐비트의 근본적 속성입니다: 측정하면 두 결과 중 하나만 얻습니다. 보통 “위”와 “아래”, 또는 0과 1이라고 부릅니다. 측정이 항상 두 결과 중 하나를 반환한다는 그 속성이 큐비트가 종종 두 준위 양자계라고 불리는 이유입니다.

실험실에서는 전자의 스핀이 위 또는 아래를 가리키는지 측정할 수 있습니다. 그 방법은 실험실에 전자에 쏠 수 있는 특수 레이저가 있는 것입니다.

전자의 스핀이 위일 때만 흡수되는 특수 레이저를 쏩니다. 그래서 흡수되면 스핀이 위라는 것을 알 수 있습니다!

가장 큰 놀라움: 큐비트는 이미 여러분이 오늘 사용하는 기술 안에 있습니다.