Qu'est-ce que Qubit (bit quantique) ?
Unité qui représente l'information dans un ordinateur quantique. Il peut être dans une superposition α|0⟩ + β|1⟩ de |0⟩ et |1⟩, et une mesure donne 0 avec la probabilité |α|² et 1 avec la probabilité |β|². Les qubits sont réalisés avec des circuits supraconducteurs, des ions, des atomes neutres, des spins d'électrons dans le silicium, des photons, etc.
Nom japonais: 量子ビット
« Qubit (bit quantique) » apparaît dans 34 questions d'entraînement réparties sur 1 thèmes, dont Matériel des ordinateurs quantiques.
Domaine: Matériel des ordinateurs quantiques
Décrire l'état et le mesurer
L'état d'un qubit unique s'écrit α|0⟩ + β|1⟩, où α et β sont des nombres complexes (amplitudes de probabilité) qui vérifient |α|² + |β|² = 1. Une mesure donne 0 avec la probabilité |α|² et 1 avec la probabilité |β|², et l'état change pour correspondre au résultat. Une seule mesure ne révèle pas les probabilités elles-mêmes : on répète donc le même circuit de nombreuses fois (chaque répétition s'appelle un shot) et on estime les probabilités à partir de la proportion de chaque résultat. Pour une probabilité de 0,5, même 10 000 répétitions laissent un écart type d'environ 0,5 % sur l'estimation. L'état peut se représenter par un point de la sphère de Bloch, et les opérations des portes quantiques correspondent à des rotations de cette sphère.
Réalisations physiques
Les circuits supraconducteurs (transmons) utilisent comme qubit deux niveaux d'énergie séparés d'environ 5 GHz et fonctionnent après refroidissement à environ 10 mK. Les ions piégés et les atomes neutres utilisent des niveaux d'énergie atomiques, les qubits de spin en silicium l'orientation du spin d'électrons confinés dans des boîtes quantiques, et les approches photoniques des propriétés des photons comme la polarisation ou le chemin. Sur toutes les plateformes, les performances ne dépendent pas seulement du nombre de qubits, mais aussi des taux d'erreur des portes, des temps de cohérence et de la façon dont les qubits sont connectés. En correction d'erreurs, de nombreux qubits physiques sont combinés en un qubit logique.
Questions fréquentes
Combien de bits d'information peut-on extraire de n qubits ?
La mesure permet d'obtenir au plus n bits d'information classique. Même si les qubits portent 2ⁿ amplitudes, celles-ci ne peuvent pas toutes être lues. La rapidité d'un ordinateur quantique ne vient pas de la lecture d'une plus grande quantité d'information, mais de l'utilisation de l'interférence pour réduire le nombre d'étapes nécessaires pour atteindre la réponse.
Quelle est la différence entre un qubit physique et un qubit logique ?
Un qubit physique est un qubit individuel effectivement réalisé dans un dispositif. Un qubit logique est un qubit unique, plus résistant aux erreurs, obtenu en combinant de nombreux qubits physiques par la correction d'erreurs quantiques. Avec le code de surface, un qubit logique peut demander plusieurs centaines de qubits physiques ou plus.