量子ビット

量子ビット（りょうしビット、quantum bit, Qbit）は、シューマッハにより量子情報の最小単位として導入されたが^[1]、量子情報と古典情報は比較可能な量であり（シューマッハ自身も比較している）両者は同じ単位（ビットやナット）を持たなければならず、量子ビットは量子情報の単位ではない^[2]。

ビットは、情報量の単位であるだけでなく、コンピューティングでの二値ストレージやデジタル通信における二値シンボルのことも意味し、量子ビットは後者の意味でのビット、つまり量子二値ストレージや量子二値シンボルを意味する^[2]。bitはbinary digitのカバン語であるがわざわざbinary digitと書くことはあまりないのと同様、量子ビットも、quantum bit と書くよりは qubit（キュービット・キュビット・クビットなど）と書くことが多い。また、古典的な（非量子的な）ビットを明示する場合、古典ビット (classical bit, Cbit) などと書くことがある。

量子情報処理において Qubit の状態は量子力学的2準位系の状態ベクトルで表現される。古典ビットは2状態である（以下ではその2つの状態をそれぞれ、0 と 1 とする）。それに対して量子ビットは、そのような2状態の量子力学的重ね合わせ状態もとることができる。ブラ-ケット記法では、1量子ビットは、 $\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle$ と表現される。ここで、 $\alpha ,\beta$ は $|\alpha |^{2}+|\beta |^{2}=1$ の関係を満たす複素数である。これを観測した際、状態 $|0\rangle$ を得る確率は $|\alpha |^{2}$ であり、状態 $|1\rangle$ を得る確率は $|\beta |^{2}$ である。同じ記法で古典ビットを表現すると、 $\alpha ,\beta$ は、どちらかが0で、もう一方が1である。