Qubit - Cơ sở của máy tính lượng tử

Người ta đang hy vọng và cũng đã bắt tay vào xây dựng các nẫu máy tính lượng tử - máy tính xử lý và lưu trữ thông tin lên gấp đến hàng trăm hàng triệu lần máy tính thông thường. Nguyên lý hoạt động của máy tính lượng tử hiện đại hoàn toàn nằm trên lý thuyết ứng dụng cơ học lượng tử. Trong máy tính lượng tử, dữ liệu không được xử lý bởi các electron đi qua transistor nữa, mà xử lý bởi các nguyên tử được "giam giữ" với tên gọi là quantum bit hay Qubits.+...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Qubit - Cơ sở của máy tính lượng tử Qubit - Cơ sở của máy tính lượng tửNgười ta đang hy vọng và cũng đã bắt tay vào xây dựng các nẫumáy tính lượng tử - máy tính xử lý và lưu trữ thông tin lên gấpđến hàng trăm hàng triệu lần máy tính thông thường.Nguyên lý hoạt động của máy tính lượng tử hiện đại hoàn toànnằm trên lý thuyết ứng dụng cơ học lượng tử. Trong máy tínhlượng tử, dữ liệu không được xử lý bởi các electron đi quatransistor nữa, mà xử lý bởi các nguyên tử được giam giữ vớitên gọi là quantum bit hay Qubits. + Phóng to hình Qubit - Cơ sở của máy tính lượng tửSau khi dự một semina rất hấp dẫn về sự trao đổi thông tinlượng tử giữa 2 hệ lượng tử của viện sĩ Nguyễn Văn Hiệu (Ngày27/2/09) tôi nghĩ cần chia sẻ một số điều.Bài viết này nhằm mục đích cung cấp các kiến thức cơ bản vềmột trong những vấn đề cưc kì cơ bản của một lĩnh vực hoàntoàn mới mà bất cứ ai đã tìm hiểu về cơ học lượng tử có thể bắtđầu trở nhành nhà vật lý từ mốc này. Hi vọng Chúng ta sẽ cónhững cuộc thảo luận sôi nổi xung quanh đề tài này để nó càngngày càng mở rộng.1. Vài thông tin về Qubit:Bit là đơn vị thông tin cơ bản trong công nghệ truyền thông tinhiện nay. Mỗi bit chỉ có thể mang giá trị là 0 hay 1 dựa vào cáctín hiệu điện: không hoặc có.Qubit cũng có một vài thuộc tính như thế nhưng nhìn chung vềtoàn diện thì khác. Các khác biệt này giúp cho qubit có một khảnăng vượt trội.Một qubit, hay bit lượng tử, là một đơn vị của thông tin lượngtử. Thông tin đó miêu tả một hệ cơ học lượng tử có 2 trạng tháicơ bản, thường được ký hiệu |0> và |1>.Một trạng thái qubit thuần túy là chồng chập lượng tử tuyến tínhcủa hai trạng thái cơ bản trên. Điều này khác với bit của thôngtin cổ điển, chỉ nhận một trong 2 giá trị 0 hoặc 1.2. Các trạng thái của qubit - khả năng mang thông tin vôhạnCác trạng thái của Qubit được xác định dựa vào 2 trạng thái cơbản đó là |0> và |1>. Như đã nói, khác với bit cổ điển, Qubitkhông chỉ nhận các giá trị ứng với các trạng thái đó mà nó cònnhận giá trị chồng chập là sự tổ hợp tuyến tính của 2 trạng tháiđó: |P> = a|0> + b|1>Với a, b là các hằng số tỉ lệ với cường độ cửa trạng thái tổi hợpứng với trạng thái cơ bản tương ứng.Chú ý rằng, theo điền kiện chuẩn hóa, ta có |a|2 + |b|2 = 1Theo hệ thức đó, ta thấy rằng, không gian trạng thái tổ hợp |P>của một đơn qubit về phương diện hình học được biểu diễn trênmột mặt cầu, gọi là mặt cầu Block. Đây là một không gian 2chiều.Như vậy, về bản chất, mỗi điểm trên mặt cầu biểu diễn cho mộttrạng thái của qubit. Mà mặt cầu thì có vô hạn điểm, do đó, tathấy ngay khả năng biểu diễn thông tin lượng tử lên đến vô hạnchứ không phải chỉ là 0 hoặc 1 như bit cổ điển. Trong khi đó, xéttheo mô hình này, bit cổ điển chỉ có thể là một điểm nằm trêncực của mặt cầu này thôi