Qubit - Cơ sở của máy tính lượng tử ppt

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.
+ Phóng to hình
Qubit - Cơ sở của máy tính lượng tử
Sau khi dự một semina rất hấp dẫn về sự trao đổi thông tin
lượng tử giữa 2 hệ lượng tử của viện sĩ Nguyễn Văn Hiệu (Ngày
27/2/09) tôi nghĩ cần chia sẻ một số điều.
Bài viết này nhằm mục đích cung cấp các kiến thức cơ bản về
một trong những vấn đề cưc kì cơ bản của một lĩnh vực hoàn
toàn mới mà bất cứ ai đã tìm hiểu về cơ học lượng tử có thể bắt
đầu trở nhành nhà vật lý từ mốc này. Hi vọng Chúng ta sẽ có
những cuộc thảo luận sôi nổi xung quanh đề tài này để nó càng
ngày càng mở rộng.
1. Vài thông tin về Qubit:
Bit là đơn vị thông tin cơ bản trong công nghệ truyền thông tin
hiện nay. Mỗi bit chỉ có thể mang giá trị là 0 hay 1 dựa vào các
tín hiệu điện: không hoặc có.
Qubit cũng có một vài thuộc tính như thế nhưng nhìn chung về
toàn diện thì khác. Các khác biệt này giúp cho qubit có một khả
năng vượt trội.
Một qubit, hay bit lượng tử, là một đơn vị của thông tin lượng
tử. Thông tin đó miêu tả một hệ cơ học lượng tử có 2 trạng thái
cơ bản, thường được ký hiệu |0> và |1>.

Một trạng thái qubit thuần túy là chồng chập lượng tử tuyến tính
của hai trạng thái cơ bản trên. Điều này khác với bit của thông
tin cổ điển, chỉ nhận một trong 2 giá trị 0 hoặc 1.
2. Các trạng thái của qubit - khả năng mang thông tin vô
hạn
Các trạng thái của Qubit được xác định dựa vào 2 trạng thái cơ
bản đó là |0> và |1>. Như đã nói, khác với bit cổ điển, Qubit
không chỉ nhận các giá trị ứng với các trạng thái đó mà nó còn
nhận giá trị chồng chập là sự tổ hợp tuyến tính của 2 trạng thái
đó:
|P> = a|0> + b|1>
Với a, b là các hằng số tỉ lệ với cường độ cửa trạng thái tổi hợp
ứng với trạng thái cơ bản tương ứng.
Chú ý rằng, theo điền kiện chuẩn hóa, ta có |a|2 + |b|2 = 1
Theo 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 trên
một mặt cầu, gọi là mặt cầu Block. Đây là một không gian 2
chiều.

Như vậy, về bản chất, mỗi điểm trên mặt cầu biểu diễn cho một
trạng thái của qubit. Mà mặt cầu thì có vô hạn điểm, do đó, ta
thấy ngay khả năng biểu diễn thông tin lượng tử lên đến vô hạn
chứ không phải chỉ là 0 hoặc 1 như bit cổ điển. Trong khi đó, xét
theo mô hình này, bit cổ điển chỉ có thể là một điểm nằm trên
cực của mặt cầu này thôi