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(duì)應(yīng)一個(gè)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(zhǎng)三角國(guó)際文化產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)，本源量子，本源超導(dǎo)6比特量子處理器。圖片來(lái)源：視覺(jué)中國(guó)

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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(lái)表示的。例如，字母“N”表示為“1001110”。1和0，實(shí)際上分別對(duì)應(yīng)著電信號(hào)的“有”和“無(wú)”。開(kāi)關(guān)閉合時(shí)有電信號(hào)，設(shè)為1；開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)沒(méi)有電信號(hào)，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(shí)表示0和1，也就是能表示0和1的疊加態(tài)。當(dāng)對(duì)量子比特進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，疊加態(tài)就會(huì)“崩潰”（坍縮），確定為0或者1。

我們假設(shè)有10個(gè)比特（即10位），那么從0000000000到1111111111之中，0和1的排列方式會(huì)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(shí)表示0和1，所以10量子比特通過(guò)疊加可以同時(shí)表示1024種排列。在疊加態(tài)下進(jìn)行計(jì)算，就可以同時(shí)計(jì)算全部1024種排列。例如，用量子比特表示的1～1024乘某個(gè)數(shù)時(shí)，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(huì)隨著量子比特?cái)?shù)量的增加而呈指數(shù)增長(zhǎng)。例如，有10個(gè)量子比特，可以同時(shí)計(jì)算2¹⁰（1024）種排列；如果有30個(gè)量子比特，則可以同時(shí)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(shí)計(jì)算2^X種排列。

要表示量子比特，用傳統(tǒng)的電信號(hào)“有”“無(wú)”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(shí)針和逆時(shí)針疊加的狀態(tài)，將順時(shí)針自旋設(shè)為0，逆時(shí)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(shí)針流動(dòng)和逆時(shí)針流動(dòng)的疊加狀態(tài)，等等，它們都可以用來(lái)表示量子比特。

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