Transformar Qubits en Bits

Question

Según tengo entendido, un qubit existe en una superposición de estados y, una vez medido, debe caer en uno de los dos estados posibles. Ahora bien, me han dicho que una vez que se mide un qubit, ya no es correcto llamarlo qubit sino bit, puesto que ya no existe en una superposición de estados. ¿Es esto correcto?

En la misma línea, si un fotón con polarización desconocida (el estado de polarización puede ser nuestro qubit) choca con un divisor de haz polarizador, entonces ya no existe en una superposición de estados sino que debe estar polarizado horizontal o verticalmente. Entonces, ¿significaría esto que la polarización ya no es un qubit, sino un bit, ya que sólo puede existir en uno de los dos estados? Esto no tendría sentido porque muchos regímenes para realizar experimentalmente puertas lógicas cuánticas implican divisores de haz polarizados. Así que si mi razonamiento es correcto, eso significaría que en la propia puerta el qubit ya no es un qubit, sino un bit.

Una última cosa, dado que la medición de un qubit es inherente a un ordenador cuántico funcional, ¿significa esto que los ordenadores cuánticos utilizan realmente bits además de qubits?

Answer 1

Una última cosa, dado que la medición de un qubit es inherente a un ordenador cuántico funcional, ¿significa esto que los ordenadores cuánticos utilizan realmente bits además de qubits?

Toda la ventaja de un ordenador cuántico reside en el uso de qubits. Ya he implementado un algoritmo de computación cuántica (la búsqueda de Grover) en un ordenador clásico, y era increíblemente lento en comparación con las alternativas clásicas.

No es correcto pensar en un qubit como un bit mientras está en un estado clásico. Incluso en un estado clásico, la implementación física de un qubit es mucho más compleja que la de un bit, y puede ser impulsado a una superposición en cualquier momento utilizando una puerta de Hadamard. Así que no, los ordenadores cuánticos no utilizan bits. Pueden interactuar con un ordenador clásico que utilice bits, pero eso es otra historia.

Answer 2

El qubit puede estar en una superposición de estados gracias al principio de superposición, cuando mides el espín de tu fotón éste colapsa en el estado vertical u horizontal (estados propios del operador de espín) y durante la medida extraes el "bit" que pretende ser la información sobre el resultado de esta medida. Pero el fotón (y luego el qubit) sigue ahí, en un estado colapsado. Si perturbas el fotón, evolucionará y ya no estará en el estado colapsado: estará de nuevo en un estado complejo descrito por el principio de superposición.

Answer 3

Hay un papel para los bits clásicos. La computación cuántica requiere el teletransporte cuántico. El conjunto total de estados de Bell en una base particular son $$ |+,+\rangle~+~|-,-\rangle $$ $$ |+,+\rangle~-~|-,-\rangle $$ $$ |+,-\rangle~+~|-,+\rangle $$ $$ |+,-\rangle~-~|-,+\rangle $$ que son cuatro qubits en un espacio de Hilbert ${\cal H}^4$ . Permítanme etiquetarlas con $00$ , $01$ , $10$ y $11$ que son dos bits de información clásica. Si tengo una parte de un par EPR puedo realizar una medición para determinar en cuál de estos estados de Bell se encuentra. Transmito a mi pareja en cuál de ellos se encuentra mediante una señal clásica, que son bits. Mi pareja puede tomar su parte del par EPR y hacerla pasar por una puerta de Hadamard para rotar el estado $\pi$ alrededor del $x$ $y$ $z$ ejes. Mi compañero reconstruye entonces el estado, pero requiere esta información clásica.

La información clásica es necesaria para realizar la computación cuántica. Sin información clásica local no es posible "leer" la salida de un ordenador cuántico ni teletransportar estados dentro de él.