क्यूबिट

This article is about the quantum computing unit. For other uses, see क्यूबिट (disambiguation).

क्वांटम कम्प्यूटिंग में, एक क्यूबिट (/ˈkjuːbɪt/) या क्वांटम अंश क्वांटम जानकारी की एक मूल इकाई है - क्लासिक बाइनरी बिट का क्वांटम संस्करण दो-राज्य डिवाइस के साथ भौतिक रूप से महसूस किया जाता है। एक क्यूबिट एक दो-राज्य क्वांटम प्रणाली है | दो-राज्य (या दो-स्तरीय) क्वांटम-यांत्रिक प्रणाली, क्वांटम यांत्रिकी की ख़ासियत को प्रदर्शित करने वाली सबसे सरल क्वांटम प्रणालियों में से एक है। उदाहरणों में इलेक्ट्रॉन का स्पिन (भौतिकी) शामिल है जिसमें दो स्तरों को स्पिन अप और स्पिन डाउन के रूप में लिया जा सकता है; या एक फोटॉन का फोटॉन ध्रुवीकरण जिसमें दो अवस्थाओं को ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण और क्षैतिज ध्रुवीकरण के रूप में लिया जा सकता है। शास्त्रीय प्रणाली में, एक बिट को एक राज्य या दूसरे में होना चाहिए। हालांकि, क्वांटम यांत्रिकी, दोनों राज्यों के एक सुसंगत क्वांटम सुपरइम्पोजिशन में एक साथ होने की अनुमति देता है, एक संपत्ति जो क्वांटम यांत्रिकी और क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए मौलिक है।

व्युत्पत्ति

क्विबिट शब्द के निर्माण का श्रेय बेंजामिन शूमाकर को दिया जाता है। शूमाकर ने अपने 1995 के पेपर की स्वीकारोक्ति में कहा है कि विलियम वूटर्स के साथ एक बातचीत के दौरान qubit शब्द मजाक में बनाया गया था।

बिट बनाम क्यूबिट

शास्त्रीय कंप्यूटरों में सूचना का प्रतिनिधित्व करने के लिए 0 या 1 के रूप में वर्णित एक बाइनरी अंक का उपयोग किया जाता है। जब इसकी दोनों अवस्थाओं (0,1) पर औसत निकाला जाता है, तो एक बाइनरी अंक शैनन सूचना के एक बिट तक का प्रतिनिधित्व कर सकता है, जहां बिट सूचना सिद्धांत की मूल इकाई है। हालाँकि, इस लेख में, शब्द बिट एक द्विआधारी अंक का पर्याय है।

शास्त्रीय कंप्यूटर तकनीकों में, एक संसाधित बिट निम्न एकदिश धारा वोल्टेज के दो स्तरों में से एक द्वारा कार्यान्वित किया जाता है, और इन दो स्तरों में से एक से दूसरे स्तर पर स्विच करते समय, दो लॉजिक स्तरों के बीच एक तथाकथित वर्जित क्षेत्र को जितनी जल्दी हो सके पारित किया जाना चाहिए। संभव है, क्योंकि विद्युत वोल्टेज तुरंत एक स्तर से दूसरे स्तर पर नहीं बदल सकता है।

qubit की माप के लिए दो संभावित परिणाम हैं - आमतौर पर मान 0 और 1 के लिए लिया जाता है, जैसे बिट या बाइनरी अंक। हालाँकि, जबकि एक बिट की स्थिति केवल 0 या 1 हो सकती है, क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार एक qubit की सामान्य स्थिति दोनों की क्वांटम सुपरपोजिशन हो सकती है। इसके अलावा, जबकि शास्त्रीय बिट का मापन अपने राज्य को परेशान नहीं करेगा, क्यूबिट का माप इसके सुसंगतता को नष्ट कर देगा और अपरिवर्तनीय रूप से सुपरपोज़िशन राज्य को परेशान करेगा। एक बिट में एक बिट को पूरी तरह से एनकोड करना संभव है। हालाँकि, एक qubit अधिक जानकारी रख सकता है, उदाहरण के लिए, सुपरडेंस कोडिंग का उपयोग करके दो बिट्स तक।

n घटकों की एक प्रणाली के लिए, शास्त्रीय भौतिकी में इसकी स्थिति का एक पूर्ण विवरण केवल n बिट्स की आवश्यकता होती है, जबकि क्वांटम भौतिकी में इसके लिए 2 बिट्स की आवश्यकता होती है।ⁿ सम्मिश्र संख्या (या 2 में एक बिंदुⁿ-आयामी सदिश स्थान)।

मानक प्रतिनिधित्व

क्वांटम यांत्रिकी में, एक qubit की सामान्य कितना राज्य को उसके दो ऑर्थोनॉर्मलिटी बेसिस (रैखिक बीजगणित) राज्यों (या आधार वेक्टर रिक्त स्थान) के एक रैखिक सुपरपोजिशन द्वारा दर्शाया जा सकता है। इन वैक्टरों को आमतौर पर निरूपित किया जाता है $|0\rangle ={\bigl [}{\begin{smallmatrix}1\\0\end{smallmatrix}}{\bigr ]}$ और $|1\rangle ={\bigl [}{\begin{smallmatrix}0\\1\end{smallmatrix}}{\bigr ]}$. वे पॉल डिराक-या ब्रा-केट नोटेशन के नाम पर पारंपरिक चीजों की सूची में लिखे गए हैं ब्रा–केट–संकेत; $|0\rangle$ और $|1\rangle$ उच्चारित होते हैं 0 और 1 होते हैं। ये दो असामान्य आधार बताते हैं, $\{|0\rangle ,|1\rangle \}$, को एक साथ कम्प्यूटेशनल आधार कहा जाता है, कहा जाता है कि द्वि-आयामी हिल्बर्ट अंतरिक्ष |रैखिक वेक्टर (हिल्बर्ट) क्विबिट का स्थान।

उत्पाद आधारित राज्यों को बनाने के लिए क्यूबिट आधार राज्यों को भी जोड़ा जा सकता है। एक साथ लिए गए qubits के एक सेट को क्वांटम रजिस्टर कहा जाता है। उदाहरण के लिए, निम्नलिखित उत्पाद आधार राज्यों द्वारा फैले चार-आयामी रैखिक वेक्टर अंतरिक्ष में दो qubits का प्रतिनिधित्व किया जा सकता है: $|00\rangle ={\biggl [}{\begin{smallmatrix}1\\0\\0\\0\end{smallmatrix}}{\biggr ]}$, $|01\rangle ={\biggl [}{\begin{smallmatrix}0\\1\\0\\0\end{smallmatrix}}{\biggr ]}$, $|10\rangle ={\biggl [}{\begin{smallmatrix}0\\0\\1\\0\end{smallmatrix}}{\biggr ]}$, और $|11\rangle ={\biggl [}{\begin{smallmatrix}0\\0\\0\\1\end{smallmatrix}}{\biggr ]}$.

सामान्य तौर पर, n qubits को 2 में सुपरपोजिशन स्टेट वेक्टर द्वारा दर्शाया जाता हैⁿ डायमेंशनल हिल्बर्ट स्पेस।

क्यूबिट स्टेट्स

एक शुद्ध क्वैबिट अवस्था आधार अवस्थाओं की एक क्वांटम सुसंगतता क्वांटम सुपरपोजिशन है। इसका मतलब है कि एक एकल क्यूबिट ($\psi$) के एक रैखिक संयोजन द्वारा वर्णित किया जा सकता है $|0\rangle$ और $|1\rangle$:

$|\psi \rangle =\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle$

जहां α और β प्रायिकता आयाम हैं, और दोनों सम्मिश्र संख्याएं हैं। जब हम इस qubit को मानक आधार पर मापते हैं, तो बोर्न नियम के अनुसार, परिणाम की संभावना $|0\rangle$ मान 0 के साथ है $|\alpha |^{2}$ और परिणाम की संभावना $|1\rangle$ मान 1 के साथ है $|\beta |^{2}$. क्योंकि एम्पलीट्यूड के पूर्ण वर्ग संभावनाओं के बराबर हैं, यह इस प्रकार है $\alpha$ और $\beta$ संभाव्यता अभिगृहीत#द्वितीय अभिगृहीत समीकरण के अनुसार विवश होना चाहिए

$|\alpha |^{2}+|\beta |^{2}=1.$

संभाव्यता आयाम, $\alpha$ और $\beta$, किसी मापन के परिणामों की संभावनाओं से अधिक को कूटबद्ध करना; के बीच सापेक्ष चरण $\alpha$ और $\beta$ उदाहरण के लिए तरंग हस्तक्षेप के लिए जिम्मेदार है, जैसा कि डबल-स्लिट प्रयोग|टू-स्लिट प्रयोग में देखा गया है।

बलोच क्षेत्र का प्रतिनिधित्व

बलोच क्षेत्र एक कक्षा का प्रतिनिधित्व। सुपरपोज़िशन स्थिति के लिए संभाव्यता आयाम, $|\psi \rangle =\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle ,\,$ द्वारा दिए गए हैं $\alpha =\cos \left({\frac {\theta }{2}}\right)$ और $\beta =e^{i\varphi }\sin \left({\frac {\theta }{2}}\right)$.

पहली नजर में ऐसा लग सकता है कि इसमें स्वतंत्रता की चार डिग्री (भौतिकी और रसायन विज्ञान) होनी चाहिए $|\psi \rangle =\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle \,$, जैसा $\alpha$ और $\beta$ स्वतंत्रता की दो डिग्री के साथ जटिल संख्याएं हैं। हालाँकि, सामान्यीकरण बाधा द्वारा स्वतंत्रता की एक डिग्री को हटा दिया जाता है |α|² + |β|² = 1. इसका मतलब है, निर्देशांक के उपयुक्त परिवर्तन के साथ, स्वतंत्रता की एक डिग्री को समाप्त किया जा सकता है। एक संभावित विकल्प 3-sphere#Hopf निर्देशांक का है:

${\begin{aligned}\alpha &=e^{i\delta }\cos {\frac {\theta }{2}},\\\beta &=e^{i(\delta +\varphi )}\sin {\frac {\theta }{2}}.\end{aligned}}$

इसके अतिरिक्त, एक एकल qubit के लिए राज्य का वैश्विक चरण कारक $e^{i\delta }$ शारीरिक रूप से देखने योग्य परिणाम नहीं हैं, तो हम मनमाने ढंग से चुन सकते हैं α वास्तविक होना (या β उस मामले में α शून्य है), स्वतंत्रता की केवल दो डिग्री छोड़कर:

${\begin{aligned}\alpha &=\cos {\frac {\theta }{2}},\\\beta &=e^{i\varphi }\sin {\frac {\theta }{2}},\end{aligned}}$

कहाँ $e^{i\varphi }$ शारीरिक रूप से महत्वपूर्ण सापेक्ष चरण है।

बलोच क्षेत्र (चित्र देखें) का उपयोग करके एक एकल कक्षा के लिए संभावित क्वांटम राज्यों की कल्पना की जा सकती है। इस तरह के 2-गोले पर प्रतिनिधित्व, शास्त्रीय बिट केवल उत्तरी ध्रुव या दक्षिणी ध्रुव पर हो सकता है, उन स्थानों पर जहां $|0\rangle$ और $|1\rangle$ क्रमशः हैं। हालाँकि, ध्रुवीय अक्ष का यह विशेष विकल्प मनमाना है। बलोच क्षेत्र की शेष सतह एक शास्त्रीय बिट के लिए दुर्गम है, लेकिन सतह पर किसी भी बिंदु द्वारा एक शुद्ध क्वेट राज्य का प्रतिनिधित्व किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, शुद्ध qubit स्थिति $(|0\rangle +|1\rangle )/{\sqrt {2}}$ धनात्मक X-अक्ष पर गोले के भूमध्य रेखा पर स्थित होगा। शास्त्रीय सीमा में, एक क्यूबिट, जिसमें बलोच क्षेत्र पर कहीं भी क्वांटम राज्य हो सकते हैं, शास्त्रीय बिट को कम कर देता है, जो केवल ध्रुवों पर पाया जा सकता है।

बलोच क्षेत्र की सतह एक द्वि-आयामी स्थान है, जो शुद्ध qubit राज्यों के देखने योग्य राज्य स्थान (भौतिकी) का प्रतिनिधित्व करता है। इस राज्य स्थान में स्वतंत्रता की दो स्थानीय डिग्री हैं, जिन्हें दो कोणों द्वारा दर्शाया जा सकता है $\varphi$ और $\theta$.

मिश्रित अवस्था

Main article: Density matrix

एक शुद्ध अवस्था पूरी तरह से एक केट द्वारा निर्दिष्ट होती है, $|\psi \rangle =\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle ,\,$ एक सुसंगत सुपरपोजिशन, जैसा कि ऊपर वर्णित है, बलोच क्षेत्र की सतह पर एक बिंदु द्वारा दर्शाया गया है। सुपरपोज़िशन अवस्था में होने के लिए एक क्युबिट के लिए सुसंगतता आवश्यक है। अंतःक्रियाओं, क्वांटम शोर और विसंगति के साथ, क्विबिट को एक मिश्रित स्थिति (भौतिकी), एक सांख्यिकीय संयोजन या विभिन्न शुद्ध राज्यों के "असंगत मिश्रण" में रखना संभव है। मिश्रित अवस्थाओं को बलोच क्षेत्र (या बलोच बॉल में) के अंदर बिंदुओं द्वारा दर्शाया जा सकता है। एक मिश्रित qubit स्थिति में स्वतंत्रता की तीन डिग्री होती हैं: कोण $\varphi$ और $\theta$, साथ ही लंबाई $r$ वेक्टर का जो मिश्रित अवस्था का प्रतिनिधित्व करता है।

क्वांटम त्रुटि सुधार का उपयोग qubits की शुद्धता बनाए रखने के लिए किया जा सकता है।

qubits पर संचालन

Further information: DiVincenzo's criteria and Physical and logical qubits

विभिन्न प्रकार के शारीरिक संक्रियाएँ हैं जिन्हें qubits पर किया जा सकता है।

• क्वांटम लॉजिक गेट्स, क्वांटम कंप्यूटिंग में यह कितना घूमता है के लिए बिल्डिंग ब्लॉक्स, क्यूबिट्स (क्वांटम रजिस्टर) के एक सेट पर काम करते हैं; गणितीय रूप से, qubits एक (प्रतिवर्ती कंप्यूटिंग) एकात्मक परिवर्तन से गुजरते हैं, जिसे क्वांटम स्टेट वेक्टर के साथ क्वांटम गेट्स एकात्मक मैट्रिक्स मैट्रिक्स गुणन द्वारा वर्णित किया जाता है। इस गुणन का परिणाम एक नया क्वांटम राज्य है।
• क्वांटम माप एक अपरिवर्तनीय ऑपरेशन है जिसमें एक क्वाबिट की स्थिति के बारे में जानकारी प्राप्त की जाती है, और क्वांटम सुसंगतता खो जाती है। राज्य के साथ एकल कक्षा की माप का परिणाम $|\psi \rangle =\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle$ या तो होगा $|0\rangle$ संभावना के साथ $|\alpha |^{2}$ या $|1\rangle$ संभावना के साथ $|\beta |^{2}$. qubit की स्थिति का मापन α और β के परिमाण को बदल देता है। उदाहरण के लिए, यदि माप का परिणाम है $|1\rangle$, α को 0 में बदल दिया गया है और β को फ़ेज़ फ़ैक्टर में बदल दिया गया है $e^{i\phi }$ अब प्रयोगात्मक रूप से सुलभ नहीं है। यदि मापन एक क्वैबिट पर किया जाता है जो क्वांटम उलझाव है, तो माप वेव फ़ंक्शन अन्य उलझी हुई क्वैबिट्स की स्थिति को ध्वस्त कर सकता है।
• प्राय: किसी ज्ञात मान के लिए प्रारंभ या पुन: आरंभीकरण $|0\rangle$. यह ऑपरेशन क्वांटम स्थिति को ध्वस्त कर देता है (बिल्कुल माप की तरह)। प्रारंभ करने के लिए $|0\rangle$ तार्किक या भौतिक रूप से लागू किया जा सकता है: तार्किक रूप से एक माप के रूप में, क्वांटम_लॉजिक_गेट#X_गेट|पाउली-एक्स गेट के आवेदन के बाद यदि माप का परिणाम था $|1\rangle$. भौतिक रूप से, उदाहरण के लिए, यदि यह क्वांटम सिस्टम की ऊर्जा को इसकी जमीनी स्थिति में कम करके एक सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कंप्यूटिंग चरण क्यूबिट है।
• एक क्वांटम चैनल के माध्यम से एक रिमोट सिस्टम या मशीन (एक इनपुट / आउटपुट | I / O ऑपरेशन) के माध्यम से क्वबिट भेजना, संभावित रूप से एक क्वांटम नेटवर्क के हिस्से के रूप में।

क्वांटम उलझाव

Main articles: Quantum entanglement and Bell state

qubits और शास्त्रीय बिट्स के बीच एक महत्वपूर्ण विशिष्ट विशेषता यह है कि कई qubits क्वांटम उलझाव प्रदर्शित कर सकते हैं। क्वांटम उलझाव दो या दो से अधिक qubits की एक क्वांटम गैर-स्थानीयता संपत्ति है जो शास्त्रीय प्रणालियों की तुलना में उच्च सहसंबंध व्यक्त करने के लिए qubits के एक सेट की अनुमति देती है।

क्वांटम उलझाव प्रदर्शित करने के लिए सबसे सरल प्रणाली दो qubits की प्रणाली है। उदाहरण के लिए, दो उलझे हुए qubits पर विचार करें $|\Phi ^{+}\rangle$ बेल राज्य:

${\frac {1}{\sqrt {2}}}(|00\rangle +|11\rangle ).$

इस अवस्था में, जिसे समान अध्यारोपण कहा जाता है, किसी भी उत्पाद अवस्था को मापने की समान संभावनाएँ होती हैं $|00\rangle$ या $|11\rangle$, जैसा $|1/{\sqrt {2}}|^{2}=1/2$. दूसरे शब्दों में, यह बताने का कोई तरीका नहीं है कि पहली कक्षा का मान "0" या "1" है और इसी तरह दूसरी कक्षा के लिए।

कल्पना कीजिए कि ये दो उलझी हुई बकरियां अलग हो गई हैं, जिनमें से प्रत्येक ऐलिस और बॉब को दी गई है। ऐलिस अपनी कक्षा का मापन करती है, प्राप्त करती है - समान संभावनाओं के साथ - या तो $|0\rangle$ या $|1\rangle$, यानी, वह अब बता सकती है कि उसकी कक्षा का मान "0" या "1" है। क्युबिट्स के उलझाव के कारण, बॉब को अब ऐलिस के समान ही माप प्राप्त करना चाहिए। उदाहरण के लिए, यदि वह मापती है $|0\rangle$, बॉब को वही मापना चाहिए, जैसा $|00\rangle$ एकमात्र ऐसा राज्य है जहां ऐलिस की कक्षा एक है $|0\rangle$. संक्षेप में, इन दो उलझे हुए qubits के लिए, ऐलिस जो भी मापता है, बॉब, किसी भी आधार पर, सही सहसंबंध के साथ, हालांकि वे अलग-अलग हो सकते हैं और भले ही दोनों यह नहीं बता सकते हैं कि उनकी qubit का मान "0" या "1" है या नहीं। - सबसे आश्चर्यजनक परिस्थिति जिसे शास्त्रीय भौतिकी द्वारा नहीं समझाया जा सकता है।

=== बेल स्टेट === के निर्माण के लिए नियंत्रित गेट क्वांटम लॉजिक गेट#नियंत्रित गेट्स 2 या अधिक क्यूबिट्स पर कार्य करते हैं, जहां एक या एक से अधिक क्यूबिट्स कुछ निर्दिष्ट ऑपरेशन के लिए नियंत्रण के रूप में कार्य करते हैं। विशेष रूप से, नियंत्रित NOT गेट (या CNOT या CX) 2 qubits पर कार्य करता है, और दूसरी qubit पर NOT ऑपरेशन केवल तब करता है जब पहली qubit होती है $|1\rangle$, और अन्यथा इसे अपरिवर्तित छोड़ देता है। असम्बद्ध उत्पाद आधार के संबंध में $\{|00\rangle$, $|01\rangle$, $|10\rangle$, $|11\rangle \}$, यह निम्नानुसार आधार राज्यों को मैप करता है:

$|00\rangle \mapsto |00\rangle$

$|01\rangle \mapsto |01\rangle$

$|10\rangle \mapsto |11\rangle$

$|11\rangle \mapsto |10\rangle$.

CNOT गेट का एक सामान्य अनुप्रयोग अधिकतम दो qubits को एक में उलझाना है $|\Phi ^{+}\rangle$ बेल अवस्था। निर्मित करना $|\Phi ^{+}\rangle$, CNOT गेट के लिए इनपुट A (नियंत्रण) और B (लक्ष्य) हैं:

${\frac {1}{\sqrt {2}}}(|0\rangle +|1\rangle )_{A}$ और $|0\rangle _{B}$ CNOT लगाने के बाद, आउटपुट है $|\Phi ^{+}\rangle$ बेल राज्य: ${\frac {1}{\sqrt {2}}}(|00\rangle +|11\rangle )$.

=== अनुप्रयोग === $|\Phi ^{+}\rangle$ h> बेल स्टेट सुपरडेंस कोडिंग, क्वांटम टेलीपोर्टेशन और उलझी हुई क्वांटम क्रिप्टोग्राफी एल्गोरिदम के सेटअप का हिस्सा है।

क्वांटम उलझाव कई राज्यों (जैसे कि ऊपर वर्णित बेल राज्य) को एक साथ कार्य करने की अनुमति देता है, शास्त्रीय बिट्स के विपरीत, जो एक समय में केवल एक मान हो सकता है। उलझाव किसी भी क्वांटम संगणना का एक आवश्यक घटक है जिसे शास्त्रीय कंप्यूटर पर कुशलता से नहीं किया जा सकता है। क्वांटम संगणना और संचार की कई सफलताएँ, जैसे क्वांटम टेलीपोर्टेशन और सुपरडेंस कोडिंग, उलझाव का उपयोग करती हैं, यह सुझाव देती हैं कि उलझाव एक कम्प्यूटेशनल संसाधन है जो क्वांटम गणना के लिए अद्वितीय है। शास्त्रीय डिजिटल कंप्यूटिंग को पार करने की अपनी खोज में 2018 तक, क्वांटम कंप्यूटिंग का सामना करने वाली एक बड़ी बाधा क्वांटम गेट्स में शोर है जो क्वांटम सर्किट के आकार को सीमित करता है जिसे मज़बूती से निष्पादित किया जा सकता है।

क्वांटम रजिस्टर

एक साथ ली गई कई क्युबिट एक क्वांटम रजिस्टर है। एक क्वांटम कंप्यूटर एक रजिस्टर के भीतर qubits में हेरफेर करके गणना करते हैं।

कुडिट्स और कुट्रिट्स

क्विडिट शब्द क्वांटम सूचना की इकाई को दर्शाता है जिसे उपयुक्त डी-स्तर क्वांटम सिस्टम में महसूस किया जा सकता है। एन राज्यों के लिए मापा जा सकता है कि एक qubit रजिस्टर समान है एन-लेवल क्विडिट के लिए। ए शायद ही कभी इस्तेमाल किया जाता है कुदित का पर्याय कुनीत है, चूंकि डी और एन दोनों का उपयोग अक्सर क्वांटम सिस्टम के आयाम को दर्शाने के लिए किया जाता है।

क्यूडिट शास्त्रीय कंप्यूटिंग में इंटेगर (कंप्यूटर विज्ञान) के समान हैं, और इन्हें क्यूबिट्स के सरणी (या एहसास) के लिए मैप किया जा सकता है। क्यूडिट्स जहां डी-लेवल सिस्टम 2 का एक्सपोनेंट नहीं है, उन्हें क्यूबिट्स के सरणियों में मैप नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए 5-स्तरीय क्विडिट्स होना संभव है।

2017 में, राष्ट्रीय वैज्ञानिक अनुसंधान संस्थान के वैज्ञानिकों ने 10 अलग-अलग राज्यों के साथ क्विडिट्स की एक जोड़ी का निर्माण किया, जो 6 क्विबिट्स से अधिक कम्प्यूटेशनल शक्ति प्रदान करता है। 2022 में, इंसब्रुक विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने फंसे हुए आयनों के साथ एक सार्वभौमिक क्यूडिट क्वांटम प्रोसेसर विकसित करने में सफलता प्राप्त की। उसी वर्ष, सिंघुआ विश्वविद्यालय के सेंटर फॉर क्वांटम इंफॉर्मेशन के शोधकर्ताओं ने समान आयन प्रजातियों का उपयोग करके फंसे हुए आयन क्वांटम कंप्यूटरों में दोहरे प्रकार की क्यूबिट योजना को लागू किया। क्यूबिट के समान, क्यूट्रिट क्वांटम सूचना की इकाई है जिसे उपयुक्त 3-स्तरीय क्वांटम सिस्टम में महसूस किया जा सकता है। यह त्रिगुट कंप्यूटरों की शास्त्रीय सूचना ट्रिट (कंप्यूटिंग) की इकाई के अनुरूप है।

भौतिक कार्यान्वयन

किसी भी दो-राज्य क्वांटम सिस्टम | दो-स्तरीय क्वांटम-मैकेनिकल सिस्टम को क्वाबिट के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। बहुस्तरीय प्रणालियों का भी उपयोग किया जा सकता है, यदि उनके पास दो अवस्थाएँ होती हैं जिन्हें प्रभावी रूप से बाकी हिस्सों से अलग किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, जमीनी अवस्था और एक गैर-रैखिक दोलक की पहली उत्तेजित अवस्था)। विभिन्न प्रस्ताव हैं। कई भौतिक कार्यान्वयन जो लगभग दो-स्तरीय प्रणालियों को विभिन्न डिग्री तक सफलतापूर्वक महसूस किए गए थे। इसी तरह एक शास्त्रीय बिट के लिए जहां एक प्रोसेसर में एक ट्रांजिस्टर की स्थिति, एक हार्ड डिस्क में एक सतह का चुंबकीयकरण और एक केबल में करंट की उपस्थिति सभी का उपयोग उसी कंप्यूटर में बिट्स का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जा सकता है, एक अंतिम क्वांटम कंप्यूटर की संभावना है इसके डिजाइन में qubits के विभिन्न संयोजनों का उपयोग करने के लिए।

सभी भौतिक कार्यान्वयन शोर से प्रभावित होते हैं। तथाकथित टी₁ आजीवन और टी₂ dephasing समय भौतिक कार्यान्वयन की विशेषता और शोर के प्रति उनकी संवेदनशीलता का प्रतिनिधित्व करने का समय है। एक उच्च समय का मतलब यह नहीं है कि क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए एक या दूसरी कक्षा बेहतर अनुकूल है क्योंकि गेट समय और निष्ठा पर भी विचार करने की आवश्यकता है।

क्वांटम सेंसिंग, क्वांटम कंप्यूटिंग और क्वांटम संचार जैसे विभिन्न एप्लिकेशन अपने आवेदन के अनुरूप क्वाबिट्स के विभिन्न कार्यान्वयन का उपयोग कर रहे हैं।

निम्नलिखित qubits के भौतिक कार्यान्वयन की एक अधूरी सूची है, और आधार के विकल्प केवल सम्मेलन द्वारा हैं।

Physical support	Name	Information support	$|0\rangle$	$|1\rangle$
Photon	Polarization encoding	Polarization of light	Horizontal	Vertical
	Number of photons	Fock state	Vacuum	Single photon state
	Time-bin encoding	Time of arrival	Early	Late
Coherent state of light	Squeezed light	Quadrature	Amplitude-squeezed state	Phase-squeezed state
Electrons	Electronic spin	Spin	Up	Down
	Electron number	Charge	No electron	One electron
Nucleus	Nuclear spin addressed through NMR	Spin	Up	Down
Optical lattices	Atomic spin	Spin	Up	Down
Josephson junction	Superconducting charge qubit	Charge	Uncharged superconducting island (Q=0)	Charged superconducting island (Q=2e, one extra Cooper pair)
	Superconducting flux qubit	Current	Clockwise current	Counterclockwise current
	Superconducting phase qubit	Energy	Ground state	First excited state
Singly charged quantum dot pair	Electron localization	Charge	Electron on left dot	Electron on right dot
Quantum dot	Dot spin	Spin	Down	Up
Gapped topological system	Non-abelian anyons	Braiding of Excitations	Depends on specific topological system	Depends on specific topological system
Vibrational qubit	Vibrational states	Phonon/vibron	$|01\rangle$ superposition	$|10\rangle$ superposition
van der Waals heterostructure	Electron localization	Charge	Electron on bottom sheet	Electron on top sheet

क्यूबिट स्टोरेज

2008 में यू.के. और यू.एस. के वैज्ञानिकों की एक टीम ने पहली अपेक्षाकृत लंबी (1.75 सेकंड) और एक परमाणु स्पिन मेमोरी क्वाइब में एक इलेक्ट्रॉन स्पिन प्रोसेसिंग क्वैबिट में एक सुपरपोज़िशन स्थिति के सुसंगत हस्तांतरण की सूचना दी। इस घटना को पहला अपेक्षाकृत सुसंगत क्वांटम डेटा स्टोरेज माना जा सकता है, जो क्वांटम कंप्यूटिंग के विकास की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है। 2013 में, इसी तरह की प्रणालियों के एक संशोधन (तटस्थ दाताओं के बजाय चार्ज का उपयोग करके) ने नाटकीय रूप से इस समय को बहुत कम तापमान पर 3 घंटे और कमरे के तापमान पर 39 मिनट तक बढ़ा दिया है। स्विट्ज़रलैंड और ऑस्ट्रेलिया के वैज्ञानिकों की एक टीम द्वारा परमाणु स्पिन के बजाय इलेक्ट्रॉन स्पिन के आधार पर कमरे के तापमान की तैयारी भी प्रदर्शित की गई थी। जर्मेनियम इलेक्ट्रॉन छेद स्पिन-ऑर्बिट क्वाबिट संरचना की सीमाओं का परीक्षण कर रहे शोधकर्ताओं द्वारा क्वाबिट्स की बढ़ी हुई संगतता का पता लगाया जा रहा है।

यह भी देखें

• एक छोटी नौकरानी
• बेल राज्य, डब्ल्यू राज्य और ग्रीनबर्गर-हॉर्न-ज़ीलिंगर राज्य
• बलोच क्षेत्र
• भौतिक और तार्किक qubits
• क्वांटम रजिस्टर
• दो-राज्य क्वांटम प्रणाली
• समूह के तत्व (गणित) U(2) सभी संभव सिंगल-क्वबिट क्वांटम गेट्स हैं
• वृत्त समूह U(1) qubits आधार राज्यों के बारे में चरण को परिभाषित करता है

अग्रिम पठन

• Nielsen, Michael A.; Chuang, Isaac (2000). Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0521632358. OCLC 43641333.
• Colin P. Williams (2011). Explorations in Quantum Computing. Springer. ISBN 978-1-84628-887-6.
• Yanofsky, Noson S.; Mannucci, Mirco (2013). Quantum computing for computer scientists. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-87996-5.
• A treatment of two-level quantum systems, decades before the term “qubit” was coined, is found in the third volume of The Feynman Lectures on Physics (2013 ebook edition), in chapters 9-11.
• A non-traditional motivation of the qubit aimed at non-physicists is found in Quantum Computing Since Democritus, by Scott Aaronson, Cambridge University Press (2013).
• An introduction to qubits for non-specialists, by the person who coined the word, is found in Lecture 21 of The science of information: from language to black holes, by Professor Benjamin Schumacher, The Great Courses, The Teaching Company (4DVDs, 2015).
• A picture book introduction to entanglement, showcasing a Bell state and the measurement of it, is found in Quantum entanglement for babies, by Chris Ferrie (2017). ISBN 9781492670261.