Máy tính lượng tử, không giống như các máy tính thông thường, sử dụng cơ học lượng tử để xử lý thông tin, cho phép chúng giải quyết nhiều vấn đề hơn – nhưng vẫn có giới hạn.
Một nghiên cứu mới do các nhà vật lý tại Đại học Bonn ở Đức và Viện Công nghệ Technion – Israel tiến hành kiểm tra những yếu tố nào xác định tốc độ thực hiện các phép tính của một máy tính lượng tử. Nghiên cứu dựa trên nghiên cứu trước đây của các nhà vật lý Liên Xô Leonid Mandelstam và Igor Tamm.
Máy tính lượng tử, không giống như các máy tính thông thường, sử dụng cơ học lượng tử để xử lý thông tin, cho phép chúng giải quyết nhiều vấn đề hơn – nhưng vẫn có giới hạn.
Máy tính thông thường sử dụng mã nhị phân bao gồm các chuỗi 1 và 0 được gọi là “bit” để lưu trữ thông tin, trong khi máy tính lượng tử sử dụng các bit lượng tử. Còn được gọi là “qubit“, những đơn vị thông tin này “giống như một làn sóng hơn là một chuỗi các giá trị rời rạc”, theo Technion.
Thông tin được liên kết với nhau trong máy tính thông thường bằng các khối xây dựng được gọi là “cổng” và khi các cổng được kết hợp với nhau, các phép tính đơn giản có thể được thực hiện. Trong máy tính lượng tử, quá trình xử lý thông tin diễn ra theo cách tương tự khi “các cổng thay đổi hàm sóng”.
Tiến sĩ Andrea Alberti thuộc Viện Vật lý Ứng dụng tại Đại học Bonn và một trong những tác giả của nghiên cứu giải thích rằng “Chúng đòi hỏi một lượng thời gian tối thiểu để biến đổi hàm sóng và thông tin mà nó chứa đựng.” Về mặt lý thuyết, Mandelstam và Tamm đã suy ra thời gian tối thiểu cần thiết này trong nghiên cứu của họ, và nghiên cứu mới này điều tra giới hạn mà họ đã xác định.
Để điều tra giới hạn đó, các tác giả của nghiên cứu này ban đầu quan sát chuyển động của các nguyên tử xêzi khi chúng lăn “như những viên bi” xuống một cái bát nhẹ, mặc dù phương pháp này được chứng minh là có những biến số cản trở khả năng xác định những thay đổi thông tin của các nhà nghiên cứu. “Do đó, chúng tôi đã nghĩ ra một phương pháp khác để phát hiện độ lệch so với trạng thái ban đầu”, Alberti giải thích.
Một chiến lược khác sau đó đã được thử. Gal Ness, một nghiên cứu sinh tại Technion và là tác giả chính của nghiên cứu giải thích rằng nhóm nghiên cứu đã “sử dụng các xung ánh sáng nhanh để tạo ra cái gọi là sự chồng chất lượng tử của hai trạng thái của nguyên tử.” Nói một cách hình tượng, nguyên tử hoạt động như thể nó có hai màu khác nhau cùng một lúc. “Mỗi bản sao của nguyên tử “chiếm một vị trí khác nhau trong chiếc bát ánh sáng: Một bản ở trên cao ở rìa và ‘lăn’ xuống từ đó. Bản sao kia, ngược lại, đã ở dưới cùng của chiếc bát. Bản sao này không di chuyển – Rốt cuộc, nó không thể cuộn lên các bức tường và do đó không thay đổi chức năng sóng của nó. “
Sau đó, các bản sao nguyên tử được so sánh với các khoảng thời gian đều đặn bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là “giao thoa lượng tử” để xác định chính xác thời điểm xảy ra sự thay đổi đáng kể của sóng vật chất.”
Chiều cao trên đáy của bát ánh sáng đã thay đổi khi bắt đầu thí nghiệm để kiểm soát “năng lượng vị trí” của nguyên tử. Giáo sư Yoav Sagi của Technion giải thích: “Chúng tôi đã có thể chứng minh rằng thời gian tối thiểu để sóng vật chất thay đổi phụ thuộc vào độ không đảm bảo năng lượng này. Độ không chắc chắn càng lớn, thời gian Mandelstam-Tamm càng ngắn.”
Trong khi những kết quả này phù hợp với dự đoán của hai nhà nghiên cứu người Nga, một hiệu ứng khác đã được phát hiện lại không. Khi các nhà vật lý gia tăng độ không đảm bảo đo năng lượng “cho đến khi nó vượt quá năng lượng trung bình của nguyên tử, thì thời gian tối thiểu không giảm thêm nữa – trái với những gì giới hạn Mandelstam-Tamm đề ra.” Những phát hiện mới đã chứng minh rằng có một giới hạn tốc độ được áp đặt bởi năng lượng trung bình của nguyên tử.
Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Reinhard Frank phối hợp với Hiệp hội Technion Đức, Quỹ Nghiên cứu Đức (DFG), Trung tâm Lượng tử Helen Diller tại Technion và Dịch vụ Trao đổi Học thuật Đức (DAAD).
Theo: jpost.
