淺談量子計算與 Qubit

           自二次世界大戰後電腦逐漸發展，從最早的真空管、到電晶體的發明、積體電路的出現、以及摩爾定律(Moore's law)的預言：「積體電路單位面積可容納的電晶體數目，約每兩年翻倍一次」^[1]。然而，受限於物理極限，摩爾定律的終點必然會到來，人們一直在思考能否跳脫傳統電腦的框架，創造一套全新的計算方法——其中之一便是本文將介紹的「量子計算」。

古典計算 vs 量子計算

古典位元 (bit) 與量子位元 (qubit)

           在古典計算中（也就是現在的電腦運算），資訊以一連串的「位元」(bit) 表示，而每個位元可以是 0 或 1 的狀態（如上圖左），並且利用各種不同的邏輯閘進行運算。 而量子計算建立在「量子位元」(qubit) 上，不同於古典位元，量子位元可以處在 $\left|0\right>$（可以想像成古典位元狀態 0）與 $\left|1\right>$（古典位元狀態 1）之間的「疊加態」上，例如 $\frac{1}{\sqrt 2}(\left|0\right>+\left|1\right>)$。為了能更具體的表現出量子位元的狀態，常利用如上圖右的 "Bloch Sphere" ：北極點表示 0、南極點表示 1，而此球面上的點就對應到各個可能的狀態。