Có lẽ không khó để tìm thấy cách giải thích về qubit tương tự như bit trong máy tính cổ điển, đó là bit thì như một công tắc có thể ở trạng thái bật (đại diện cho số 1) hoặc tắt (đại diện cho số 0), còn qubit tương tự như vậy, chỉ khác là nó có thể đạt được cả 2 trạng thái 1 và 0 cùng lúc – được gọi là trạng thái chồng chất.

Tại một thời điểm bất kỳ, hai bit trong máy tính của bạn chỉ có thể ở một trong bốn trạng thái có thể (00, 01, 10 hoặc 11). Điều này giới hạn khả năng xử lý của máy tính. Trong máy tính lượng tử, hai qubit cũng có thể biểu thị 4 trạng thái (00, 01, 10 hoặc 11), nhưng nhờ sự chồng chất, các qubit có thể đại diện cho cả 4 trạng thái cùng 1 lúc. Điều này giống như cùng lúc có 4 máy tính thông thường chạy cạnh nhau, và đó chính là chìa khóa sức mạnh của máy tính lượng tử. Nghe có vẻ vẫn còn chung chung và chưa rõ ràng về qubit?

Để tạo ra một qubit chúng ta cần một thứ có thể đạt được trạng thái chồng chất lượng tử, mà electron là một ví dụ. Electron có một đại lượng đặc trưng nằm trong bản chất nội tại của nó, đó là spin. Một hạt cơ bản như electron có thể quay trên một quỹ đạo xung quanh hạt nhân tương tự như Trái Đất quay quanh Mặt Trời. Trái Đất vừa quay quanh Mặt Trời, vừa tự quay quanh mình, còn electron giống như là một chất điểm thì làm sao quay quanh mình được nhỉ? Thực tế là các electron cũng tự quay quanh mình với một tốc độ cố định và không bao giờ thay đổi, vì thế chúng luôn có mô men động lượng riêng gọi tắt là spin. Không giống như những vật quen thuộc mà chúng ta vẫn thấy, spin diễn tả trạng thái tự quay cố hữu của electron, không rõ nguyên nhân và quay xung quanh một trục riêng của nó.

Minh họa spin của electron

Bình thường, spin của electron chỉ có 2 hướng cố định (tạm coi là lên hoặc xuống, ứng với trạng thái 0 và 1), tuy nhiên bằng việc đặt nó trong từ trường người ta có thể tạo nên trạng thái cân bằng ở giữa 0 và 1, đó chính là trạng thái chồng chất.

Ngoài electron, có thể sử dụng các hạt khác có tính chất tương tự để tạo ra qubit, ví dụ như photon, ion hoặc hạt nhân nguyên tử. Khó khăn lớn nhất là làm thế nào để duy trì trạng thái tinh tế của sự chồng chất và vướng víu đủ lâu để chạy một phép tính. Bất chấp khó khăn thách thức này, cuộc đua máy tính lượng tử vẫn đang nóng lên hơn bao giờ hết. Hãy đón đọc các bài tiếp theo về máy tính lượng tử tại mục góc công nghệ thông tin. Nếu bạn thích thú với những nghiên cứu mới nhất về công nghệ và kỹ thuật, hãy tìm đọc tại mục Tin tức KHKT&CN.

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: http://imc.org.vn