Тезаурус незнаний. Арифметика кубитов - это что?

    Всё в математике  когда-то начиналось с арифметики!
Или с мыслей об арифметике?
_____
   Кубит (q-бит, кьюбит, кубит; от quantum bit, иногда также можно встретить название «квантбит») - наименьшая единица информации в квантовом компьютере (аналог бита в обычном компьютере), использующаяся для квантовых вычислений.
Обобщением понятия кубит является кудит (Q-энк, куэнк; qudit), способный хранить в одном разряде более двух значений (например, кутрит англ. qutrit — 3, куквадрит — 4, …, куэнк — n).
     В то время как для полного описания системы из n классических битов достаточно n нулей и единиц, для описания системы из n кубитов необходимо (2n - 1) комплексных чисел. Это связано с тем, что n-кубитную систему можно представить  как вектор в 2n-мерном гильбертовом пространстве. Отсюда следует, что система из кубитов может вместить в себя экспоненциально больше информации, чем система из битов.
Например, в один кубит можно записать до двух битов  информации Шеннона,   используя сверхплотное кодирование, а система из n кубитов может использоваться для кодирования 2n чисел, что применяется, например, в квантовом машинном обучении.
Однако стоит учитывать, что экспоненциальное увеличение пространства состояний системы не обязательно приводит к экспоненциальному росту вычислительной мощности в связи со сложностью кодирования и считывания информации.
      Ученые из Российского квантового центра и Физического института им. П.Н. Лебедева РАН представили прототип квантового компьютера на ионах.
Исследователям удалось разработать систему из 2 куквартов (квантовых элементов с четырьмя состояниями), с помощью которой можно проводить операции как с четырьмя кубитами. В результате эксперимента российским учёным удалось показать, что качество операций между кубитами, связанными в кукварт, превосходит качество операций над независимыми частицами, что в будущем обеспечит более высокое качество реализации квантовых алгоритмов.
Куквартовая арифметика
В классических квантовых процессорах обычно используются в основном минимальные квантовые элементы хранения информации — кубиты, которые способны представлять суперпозицию 0 и 1. Количество состояний, в которых находится квантовый процессор, быстро растет с увеличением числа кубитов за счет возможности связывать их между собой. Эта особенность позволяет квантовым устройствам решать различные вычислительные задачи на порядки быстрее классических компьютеров и суперкомпьютеров. Однако существуют и другие квантовые элементы — кудиты. Такие элементы, которые способны одновременно находиться в 3-х состояниях, называются кутриты, а в 4-х — кукварты.
Российские физики из Российского квантового центра и Физического института им. П. Н. Лебедева РАН построили систему из 2 куквартов и показали, что она эквивалентна квантовой системе из 4 кубитов. В ходе эксперимента исследователи захватили в вакуумной камере 2 иона, и с помощью лазера провели над ними набор однокубитных операций, двухкубитную операцию внутри кукварта, а также операцию по перепутыванию 2 частиц — шлюз Мёльмера-Соренсона, который может быть использован для реализации алгоритма Гровера. Это доказывает логическую эквивалентность кукварта двум кубитам, и позволяет наращивать количество кубитов не только экстенсивно, но и при помощи использования кудитов с большим количеством состояний.
«Для нас это первый значимый результат в работе над дорожной картой по квантовым вычислениям, — подчеркнули  в проектном офисе по квантовым технологиям Госкорпорации «Росатом». — На созданной базе к концу 2024 года будет построен универсальный квантовый компьютер с облачным доступом. Сегодня платформа на ионах демонстрирует одни из самых интересных результатов, что особенно примечательно, так как 5 лет назад ионы не считались приоритетным направлением развития».
   В рамках реализации дорожной карты развития квантовых вычислений «Росатом» выступает интегратором и координатором взаимодействия ведущих научных центров страны и технологического бизнеса.