Một thực tế, vẫn vượt quá hiểu biết của chúng tôi - Máy tính lượng tử

Trong cuộc sống của mọi người, có một số khoảnh khắc, những điều mà chúng ta không thể giải thích. Những điều mà chúng ta không thể hiểu. Vâng, trong vấn đề Máy tính lượng tử, tất cả chúng ta đều ở trong trạng thái đó bao gồm cả những bộ óc vĩ đại nhất thế giới trong thế kỷ 20 và 21.

Nguồn: i.ytimg.com

Vì vậy, mọi người đã xây dựng máy tính lượng tử nhưng họ không thể hiểu nó?

Làm thế nào gây tranh cãi là? Trên thực tế, các nhà khoa học biết hoạt động bề mặt của máy tính lượng tử nhưng nguyên tắc cơ bản chi phối toàn bộ hành vi của máy tính lượng tử vẫn còn gây tranh cãi.

Vậy khoa học kỳ lạ và máy tính kỳ lạ này là gì?

Thiên Chúa không chơi trò súc sắc với vũ trụ. - Albert Einstein
Thiên Chúa không chỉ chơi xúc xắc mà đôi khi còn ném chúng vào nơi chúng không thể nhìn thấy. - Stephen Hawking

Đây là cách mà tâm trí vĩ đại nhất của thế kỷ 20 và tâm trí vĩ đại nhất của thế kỷ 21 mô tả khoa học bí ẩn này. Albert Einstein tin rằng tiến trình của tất cả các sự kiện được xác định trước. Nhưng Hawking nói không, không phải vậy. Đôi khi mọi thứ xảy ra theo cách chỉ có Chúa mới có thể giải thích. Tại sao điều này nhiều tranh luận? Họ không thể đồng ý một cái gì đó? Vâng, thực tế là như nó được đề cập đến cơ học lượng tử là thực sự bí ẩn. Hành vi lượng tử này vi phạm hầu hết các hiện tượng vật lý nói chung. Không chỉ vậy, bản chất này chỉ có thể được nhìn thấy trong các hạt rất nhỏ.

Chào mừng đến với thế giới của Toán học. Hành vi lượng tử được giải thích hoàn toàn bằng tập hợp các mô hình toán học và kết quả thực sự gây tranh cãi với thế giới tự nhiên mà chúng ta trải nghiệm hàng ngày.

Về cơ bản vật lý lượng tử này phụ thuộc vào xác suất. Như một ví dụ đơn giản trong khi bạn đang đọc bài viết này khi đang ở trong xe buýt, mặc dù bạn có thể không tin, theo vật lý lượng tử, có một khả năng là bạn sẽ ở trong ngôi nhà màu trắng. Và hãy nhớ rằng xác suất lớn hơn 0 !! Nhưng đó sẽ là khá nhỏ như một phần tỷ. Lý thuyết có cơ hội!. Khi các hạt trở nên nhỏ hơn và nhỏ hơn xác suất này tăng lên. Khi một electron có khối lượng 9,103838 × 10 1031 kg được xem xét, theo định luật vật lý lượng tử, có một xác suất đáng kể. Những gì nó gián tiếp nói là có khả năng electron này có thể tồn tại ở cả hai nơi. Nói chung, electron có thể tồn tại ở nhiều trạng thái. Đây là khái niệm nguyên tắc đằng sau sức mạnh xử lý cuối cùng của máy tính lượng tử và chúng ta sẽ đạt được điều đó.

Vào cuối những năm 90, nhà vật lý từng đoạt giải Nobel Richard Feynman lần đầu tiên nảy ra ý tưởng về máy tính lượng tử. Thật ra đó chỉ là ý tưởng. Nhưng đó là trí tưởng tượng đầu tiên của một chiếc máy tính vượt xa mọi truyền thống.

Vì vậy, sự khác biệt lớn giữa máy tính ngày nay và máy tính lượng tử là gì? Câu trả lời trực tiếp là sức mạnh xử lý. Người ta đã ước tính rằng khi sức mạnh xử lý được xem xét, một máy tính lượng tử được thiết kế đúng sẽ có thể vượt qua bất kỳ máy tính hiện đại nào. Trên thực tế, người ta dự đoán rằng các máy tính nhị phân mà chúng ta sử dụng ngày nay sẽ không bao giờ có thể đạt được khả năng xử lý đó. Vì vậy, hãy đào sâu để xem làm thế nào máy tính này có thể thực hiện nhanh như vậy? Câu trả lời nằm ở cơ học lượng tử.

Đơn vị cơ bản được sử dụng trong máy tính ngày nay là một bit (chữ số nhị phân). Một bit chỉ có thể chứa một giá trị. Hoặc là 1 hoặc 0. Nhưng khi nói đến máy tính lượng tử, đơn vị cơ bản được gọi là một Qubit Hồi. Qubit hoặc bit lượng tử là một đơn vị thông tin lượng tử - tương tự lượng tử của bit cổ điển. Chúng ta biết rằng các yếu tố lượng tử có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc. Qubit nằm trong sự chồng chất của giá trị của 1 giá trị và giá trị 0 0. (Hiện tại có nhiều trạng thái đồng thời được định nghĩa là chồng chất.) Sự chồng chất này là lý do mà máy tính lượng tử vượt qua tất cả các máy tính trong thế giới nhị phân hiện đại. Qubit nhỏ bé này có thể chứa cả 1 và 0 cùng nhau và điều đó làm tăng sức mạnh tính toán một cách khó tin.

Nguồn: quantumfrontiers.files.wordpress.com

Hãy lấy một ví dụ. Trong một máy tính nhị phân nếu chúng ta lấy hai bit, có bốn khả năng 11, 10, 00, 01 ,. Nhưng hai bit này chỉ có thể lấy 1 trên 4 tại một thời điểm nhất định. Nếu tất cả bốn trạng thái là cần thiết, phải mất 4 hoạt động. Nhưng vì Qubit có thể chứa 1 và 0 cùng một lúc. Tất cả bốn trạng thái này có thể đạt được cùng một lúc. Bốn hoạt động sẽ được giảm xuống còn một. (Điều này xảy ra vì Qubits có thể chứa cả hai giá trị. Hai Qubits có thể chứa bốn trạng thái đó cùng một lúc khi các bit thông thường cần một trạng thái cho mỗi trạng thái.) Phần còn lại là toán học. Chỉ cần lấy 3 Qubits, có thể chứa 8 trạng thái cùng một lúc. Với 4 Qubits, 16 giá trị khác nhau. Một điều khá rõ ràng là do hiện tượng chồng chất của Qubits, máy tính lượng tử sẽ có thể xử lý nhanh hơn hàng nghìn lần so với máy tính thông thường.

Vậy hãy xây dựng một máy tính lượng tử, chúng ta còn chờ gì nữa?

Phần khó khăn đến bây giờ. Xây dựng một máy tính lượng tử không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Mặc dù có một số kết quả thành công, các nhà khoa học vẫn đang vật lộn để đưa ra một mô hình tinh vi. Lý do chính của những khó khăn được biết đến như một hiện tượng tự nhiên khác gọi là Trang trí tinh vi.

Vì vậy, trang trí này là gì? Trước hết, bạn đã sẵn sàng cho một hành trình vào thế giới lượng tử bí ẩn để tìm đồ trang trí chưa?

Lúc đầu, người ta đã đề cập rằng các yếu tố lượng tử có thể tồn tại đồng thời nhiều trạng thái và nó được gọi là chồng chất. Trang trí có nghĩa là hiện tượng tự nhiên mà một yếu tố lượng tử sẽ rời khỏi các trạng thái khác và bắt đầu ở trong một trạng thái. Về cơ bản đó là thời gian mà phần tử đó ngừng thể hiện bản chất lượng tử của nó. Các yếu tố trang trí này được chi phối bởi vật lý Newtonion chứ không phải bởi cơ học lượng tử. Khi không có sự chồng chất thì không có sức mạnh xử lý cực độ.

Điều kỳ lạ nhất là lý do cho các trang trí. Theo vật lý lượng tử nếu chúng ta cố gắng đo một yếu tố lượng tử sẽ được trang trí.

Như chúng ta đã biết trong không gian 3D, chúng ta có thể định vị bất kỳ đối tượng nào theo các trục x, y, z. Tương tự như vậy nếu chúng ta cố gắng xác định vị trí một yếu tố lượng tử (ví dụ: một qubit) thì nó có thể được định vị, nhưng tại thời điểm đó nó không thể hiện bản chất lượng tử. Khi chúng tôi đo hoặc chụp Qubit, nó sẽ không còn là Qubit cho đến khi chúng tôi phát hành nó. Đây là một trong những hiện tượng khó tin và tuyệt vời nhất trong tự nhiên khiến những bộ óc vĩ đại nhất thế giới bận rộn kể từ những năm 1930. Có một số mô hình và lý thuyết giải thích hiện tượng này, nhưng chúng vẫn còn gây tranh cãi.

Do tính chất ma quái này của thế giới lượng tử, các loại thuật toán đặc biệt là cần thiết cho máy tính lượng tử. Những thuật toán này nên được xác định theo cách có thể thực hiện các thao tác mà không cần đo các qubit. Trên thực tế những loại thuật toán đó cũng tồn tại.

Như chúng ta đã biết ngày nay, các trường đại học tài nguyên nhất thế giới như MIT Cambridge và Max Plank thực hiện rất nhiều thí nghiệm trong lĩnh vực này. Theo các nhà khoa học, thì nếu bí ẩn của sự trang trí được giải quyết đúng đắn, thời đại của máy tính lượng tử cầm tay sẽ không còn xa nữa.