بت كمومي

كيُوبِت (/ˈkjuːbɪt/) أو بِت كمومي (بالإنجليزية qubit أو qbit) في الحوسبة الكمومية، هي وحدة المعلومات الكمية، وهو المقابل الكمومي للبِت الكلاسيكي. الكيوبت هو نظام كمي ثنائي الحالة مثل استقطاب الفوتون: هنا الحالتين هما استقطاب عمودي واستقطاب أفقي.  في الأنظمة الكلاسيكية، لا يمكن للبت أن يأخد إلا حالة واحدة فقط من بين حالتين. في حين تسمح ميكانيك الكم للكيوبت أن يأخد حالة تراكب لكلا الحالتين في نفس اللحظة وهذه هي الخاصية الأساسية في الحوسبة الكمومية.

أصل المفهوم والتسمية

مهد ستيفن ويزنر لتصور البت الكمومي بغير معرفة مسبقة في 1983 في اقتراحه لل quantum money الذي كان قد حاول نشره لأكثر من عقد.
يعود مصطلح "كوبيت"  إلى بنيامين شوماخر. في اقرارات من ورقته البحثية، يقول شوماخر أن مصطلح "كيوبت" اخترع عن طريق الدعابة فقط بسبب التشابه الصوتي مع كلمة "cubit" (التي هي وحدة قديمة لقياس الطول) أثناء محادثة مع وليام ووترز. توضح الورقة طريقة ضغط حالات مصدر معلومات كمومي لاستخدام أقل ما يمكن من الموارد المادية للتخزين. وتعرف هذه العملية الآن باسم ضغط شومخر.

مقارنة بين البت والبت الكمومي

البت هو أصغر وحدة ناقلة، أو حاملة للمعلومات. ويستعمل لمعالجة المعلومات عبر الحواسب.  بغض النظر عن البنية الفيزيائية لتخزين البت، لدى هذا الأخير حالتين تمثل عادة ب 0 أو 1 لكن يمكن أن يُمثل حسب التطبيق بشكل عام، مثلا "صحيح" أو "خطأ" أو أي اختيارين متعارضين. مثلا يمكن اعتبار حالة مفتاح المصباح ك 1 عند التشغيل و0 عند الإطفاء.
يتشابه الكيوبت في بعض النقط مع البت التقليدي، لكنه بشكل عام يختلف كثيرا عنه. هناك نتيجتين محتملة لقياس كوبيت، عادة 0 و1،  مثل البت. لكن الفرق هو أنه في حين أن حالة بت يمكن أن تكون إما 0 أو 1، حالة الكيوبت يمكن أيضا أن تكون كتراكب لكلا الحالتين. من الممكن ترميز بت واحد في كوبيت واحد. في حين، كوبيت يمكن أن يخزن معلومات أكثر، على سبيل المثال يصل إلى اثنين من البت باستخدام تشفير superdense coding.
يمكن وصف كامل لحالة نظام مكون من n مكونات، في الفيزياء الكلاسيكية يتطلب ذلك فقط n بت ، بينما في فيزياء الكم يتطلب  2n−1 من الأعداد المركبة.

التمثيل

 تعرف الحالتين الإثنين التي يمكن أن يقاس عليها الكيوبت بحالات القاعدة (أو متجهات القاعدة) . كما جرت العادة مع أي نوع من الحالات الكمية، فهي تمثل بواسطة تمثيل ديراك—أو "رمز براكيت" . يعني أن حالتي القاعدة تكتب، اصطلاحا،  كالتالي:  و (تُلفظ "ket 0" و"ket 1").

المسجل الكمي

عدد من البتات الكمية مجتمعة معا هو مسجل كمي. أجهزة الكمبيوتر الكمومية تجري العمليات الحسابية عن طريق التلاعب بالكيوبتات ضمن سجل. ال qubyte (البايت الكمي) هو عبارة عن مجموعة من ثمانية كيوبت.

تنوعات الكيوبت

على غرار الكيوبت، qutrit هي وحدة الكم من المعلومات في نظام كمي 3-مستوى. هذا مماثل للوحدة الكلاسيكية للمعلومات trit. ومصطلح "qudit" يستخدم للدلالة على وحدة المعلومات الكمية في النظم  d-level الكمية.

تخزين الكيوبت

في ورقة بعنوان: "Solid-state quantum memory using the ³¹P nuclear spin"  ، التي نشرت في تشرين الأول / أكتوبر 23, 2008 من مجلة  الطبيعة، قام فريق من العلماء من المملكة المتحدة والولايات المتحدة عن أول نقل طويل وثابت نسبيا (1.75 ثانية) لحالة تراكب في لف إلكترون "معالجة" كيوبت إلى لف نووي "ذاكرة" كوبيت. هذا الحدث يمكن اعتباره نسبيا أول تخزين ثابت للمعلوومات الكمية، خطوة حيوية نحو تطوير الحوسبة الكمومية. مؤخرا تم تعديل أنظمة مماثلة (باستخدام مكونات مشحونة بدلا من محايدة) وهذا مدد بشكل كبير هذه المدة  إلى 3 ساعات في درجات حرارة منخفضة جدا و39 دقيقة في درجة حرارة الغرفة. إعداد Qbit على أساس لف الإلكترون بدلا من لف النوية كان قد أثبت أيضا من قبل فريق من العلماء من سويسرا وأستراليا.