Заключение

Согласно аксиоматике квантовой механики, состояние — это полное описание замкнутой системы в выбранном базисе, которое формализуется лучом в гильбертовом пространстве (вектором состояния).В квантовой теории принято различать чистые и смешанные состояния. Чистым состоянием называется такое состояние системы, которое может быть описано одним вектором состояния. Смешанным состоянием называется такое состояние системы, которое не может быть описано одним вектором состояния, а может быть представлено только матрицей плотности. В свою очередь, любое чистое состояние, описываемое волновой функцией, также можно описать и матрицей плотности. Она получается из вектора состояния в виде проектора |ΨñáΨ|, то есть вектор-столбец нужно умножить на вектор-строку (комплексно сопряженную), и мы получим матрицу плотности чистого состояния. Таким образом, в терминах матрицы плотности можно описывать как чистые, так и смешанные состояния, как замкнутые системы, так и системы, взаимодействующие со своим окружением. Поэтому матрица плотности является общим инструментом для квантового описания в терминах состояний. Она работает даже там, где нельзя применить вектор состояния (волновую функцию). Как пример квантовых состоянии можно привести кубит. Кубит – это квантовая система, которая, как и бит, имеет два базисных состояния и . Однако, в отличие от бита, кубит может находиться в любом суперпозиционном состоянии . С логической точки зрения классическая битовая (булевская) логика – либо истинно (“1”), либо ложно (“0”) – не имеет места в случае кубитов. Состояние кубита – “немного” (с вероятностью ) ложно и “немного” (с вероятностью ) истинно. Наиболее важным отличием кубитов от классических битов является не непрерывная природа суперпозиционных состояний, а возможность квантового перепутывания состояний в системе кубитов.Одной из основных проблем использования кубитов в квантовых компьютерах является – проблема декогеренции. Декогеренция — процесс, при котором нарушается когерентность суперпозиционного состояния в результате взаимодействия системы с окружающей средой. При этом уменьшается квантовая запутанность — распадается полное единство, и исчезает гармония, которая существовала в максимально запутанном состоянии. В результате подсистемы начинают обосабливаться, отделяться друг от друга, вплоть до полной независимости (сепарабельности).