큐비트

큐비트(영어: qubit)는 양자 컴퓨터로 계산할 때의 기본 단위이다. '양자비트'(영어: quantum bit)라고도 한다. 일반 컴퓨터는 정보를 0과 1의 비트단위로 처리하고 저장하는 반면 양자 컴퓨터는 정보를 0과 1의 상태를 동시에 갖는 큐비트 단위로 처리하고 저장한다.

큐비트를 표현한 블로흐 구면

고대 이집트에서 쓰이던 길이의 단위로 큐빗이 있다.

개념

양자 정보의 단위이다. 큐비트의 정보는, 수학적으로는 복소수에 대한 2차원 벡터 공간인 2단계 양자 역학계 안의 상태로 기술된다. 두 개의 바닥 상태(또는 벡터)는 브라-켓 표기법을 사용하여 $|0\rangle$와 $|1\rangle$("켓 0"과 "켓 1"로 읽음)로 표시한다. 따라서 큐비트는 고전적인 정보 단위인 비트의 양자 역학 판으로 볼 수 있다. 순수 큐비트 상태는 이 두 상태의 선형 양자 중첩이며, 따라서 모든 큐비트는 $|0\rangle$과 $|1\rangle$의 선형 조합으로 다음과 같이 나타낼 수 있다:

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

이 때 α와 β는 복소수인 확률 진폭이며, 다음 식을 만족한다:

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

이 큐비트가 상태 $|0\rangle$에서 측정될 확률은 $|\alpha |^{2}$이고, 상태 $|1\rangle$에서 측정될 확률은 $|\beta |^{2}$이다. 따라서 계의 두 상태에서 측정될 총 확률은 1이 된다.

비슷한 방법으로, 3단계 양자계 안의 양자 정보의 단위는 트리트에서 따 와서 큐트리트라고 부르며, d단계 양자계의 경우 큐디트(Qudit)라고 표현한다.

벤자민 슈마허는 양자 상태를 정보로 해석하는 방법을 발견하였다. 그는 정보를 상태 안에 압축하고 정보를 더 적은 수의 상태 안에 저장하는 방법을 제시하였으며, 이는 지금 슈마허 압축으로 알려져 있다. 슈마허는 큐비트라는 용어를 만든 사람이기도 하다.

사례

2016년 5큐비트 사양의 IBM Q 익스피리언스를 공개한 IBM은 양자컴퓨터 기술 개발에 매진해 2019년 1월 미국 라스베이거스에서 열린 국제가전박람회(CES)에서 50큐비트 수준의 IBM Q 시스템 원을 공개했다.

같이 보기

• 블로흐 구면