Ist qsphere ein tatsächlicher Begriff, der 5 Qubits darstellt?

Ich bin ein absoluter Anfänger. Ich wurde von dem vorgestellten Stackoverflow-Blogbeitrag hierher gebracht, also habe ich angefangen zu studieren.

Beim Anschauen dieses Youtube-Videos ( Ein Leitfaden für Anfänger zum Quantencomputing (3:58 )) habe ich diese Folie gesehen, auf der es um Überlagerung geht:

Zuerst dachte ich, dass es neben Qubits, die in einer Überlagerung von 0s und 1s sein können, auch eine qsphere gibt, die in einer Überlagerung von 5 Nullen und 5 Einsen sein kann, obwohl es tatsächlich nur 5 Qubits sind.

Wenn wir also eine qsphere sagen, sind es bekanntlich 5 Qubits?

Die qsphere ist eine Möglichkeit, Multi-Qubit-Zustände darzustellen. Es könnte also für 5 Qubit-Zustände verwendet werden, aber es könnte auch für jede andere Zahl verwendet werden.

Es könnte auch für nur ein Qubit verwendet werden. In diesem Fall ist es jedoch wichtig zu beachten, dass die Einzel-Qubit-Q- Kugel nicht mit der Bloch-Kugel identisch ist , die unsere Standardmethode zur Darstellung einzelner Qubit-Zustände ist.

Stattdessen ist die qsphere im Wesentlichen eine optisch ansprechendere Version eines Histogramms. Es wurde von IBM als Visualisierung für die Quantum Experience eingeführt, scheint aber von ihnen nicht mehr so ​​häufig verwendet zu werden.

Um die qSphäre eines Zustands zu konstruieren, müssen Sie an das Histogramm denken, das Sie erhalten würden, wenn Sie auf der Basis messen . Angenommen, ich habe einen 4-Qubit-Zustand, der mir die Ergebnisse liefert$|0 \rangle,|1 \rangle$

{'0000':0.5, '0101':0.25, '0011:'0.125, '0111':0.125}

Hier kommt die Bitfolge 0000mit einer Wahrscheinlichkeit von und so weiter.$0.5$

Auf der qsphere würde dies durch vier Punkte dargestellt: einen für jede dieser Nicht-Null-Wahrscheinlichkeiten. Der Breitengrad der Punkte hängt von der Anzahl der 0s und 1s in der Bitfolge ab. Unser Ergebnis, das alle 0s hat, wäre am Nordpol. Unsere 0111, mit meistens 1s, wären in der Nähe des Südpols. Die beiden Ergebnisse 0101und 0011dass wir in unserem Beispiel haben am Äquator sein würde.

Die Wahrscheinlichkeit wird durch die Stärke der Linie dargestellt. Die beiden mit einer Wahrscheinlichkeit von nur hätten ziemlich schwache Linien. Der mit einer Wahrscheinlichkeit von hätte eine viel dickere Linie. Die mit wären irgendwo dazwischen.0,5 $0.125$$0.5$$0.25$

Bisher haben wir alle Aspekte des Histogramms dargestellt, aber keine Phaseninformationen aufgenommen, die der Staat möglicherweise auch hat. Dies kann mit der Farbe der Punkte codiert werden. Die Kugel hat dann alle Informationen über den Multi-Qubit-Zustand.

Stellen Sie sich ein Hadamard-Tor vor, um zu sehen, warum es nicht die schönste Visualisierung ist, die es gibt. Dies wandelt Längen- und Breitengradinformationen in Farbe um und umgekehrt. Obwohl es sich um ein einfaches Tor handelt, hätte es einen sehr komplexen Effekt.

Aber welche Visualisierung vieler Qubits hat nicht ihre Schwächen? Wenn es einfach wäre, sie zu visualisieren, wäre es einfach, sie zu simulieren. Und dann müssten wir keine Quantencomputer bauen.

Ist qsphere ein tatsächlicher Begriff, der 5 Qubits darstellt?

Wenn ja, ist es nicht weit verbreitet.

Ich behaupte dies, weil ich mich in arXiv , einem Archiv elektronischer Vorabdrucke von Forschungsartikeln, umgesehen und nichts gefunden habe. Es gibt jedoch viele andere Einheiten von Quanteninformationen als nur Qubit. Alle folgenden Angaben erscheinen zumindest gelegentlich in der einschlägigen Literatur.

• Qubit hat eine Berechnungsbasis von zwei Zuständen und kann durch ein zweistufiges Quantensystem implementiert werden.

• Qutrit hat eine Berechnungsbasis von drei Zuständen.

• Ququart ist ein (seltener) Begriff, der von einigen verwendet wird, und er hat eine Basis von vier.
• Qudit ist ein gebräuchlicher Begriff. Es ist die dimensionale Verallgemeinerung eines Qubits. Oft wird nicht spezifiziert und diese werden verwendet, wenn der Effekt der Verwendung verschiedener Werte verglichen wird.$d$$d$
• Qumode wird im kontinuierlich variablen Quantencomputing wieder etwas seltener verwendet, wo die Basis nun informell gesehen unendlich viele Elemente enthält.