Khoa học tự nhiên

Các nhà vật lý học đã làm sáng tỏ cổng lượng tử Fredkin (01/04/2016)

Các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Griffith và Queensland đã vượt qua được một trong những thách thức quan trọng trong tính toán lượng tử bằng việc đơn giản hóa phép toán logic lượng tử phức hợp. Đây là lần đầu tiên họ làm sáng tỏ được điều này thông qua việc thực hiện các thí nghiệm mạch cổng lượng tử Fredkin.

Theo Tiến sỹ Raj Patel, tại Trung tâm Động lực học Lượng tử Griffith, cho biết: “Sức hấp dẫn của các máy tính lượng tử là nó có khả năng giải được các vấn đề phức tạp một cách nhanh hơn bất kỳ một máy tính sử dụng các thuật toán tốt nhất hiện nay. Cũng giống như máy tính dùng hàng ngày của chúng ta, các bộ não của một máy tính lượng tử gồm có các mạch của cổng logic, mặc dù các cổng logic lượng tử sử dụng các hiện tượng lượng tử”.

Hình ảnh của cổng lượng tử Fredkin. Nguồn: Raj Patel và Geoff Pryde, Trung tâm Động lực học Lượng tử, Đại học Griffith.

Trở ngại chính hiện này là việc tạo ra được một máy tính lượng tử có khả năng giảm đến mức tối thiểu số lượng của các nguồn năng lượng cần thiết để thực hiện xử lý các mạch một cách hiệu quả.

“Cũng giống như việc xây dựng một bức tường lớn cần rất nhiều viên gạch nhỏ, các mạch lượng tử lớn cũng cần rất nhiều các cổng logic để hoạt động. Tuy nhiên, nếu dùng viên gạch lớn để một xây bức tường tương tự thì chỉ phải sử dụng ít gạch hơn rất nhiều”, Patel cho biết. “Thí nghiệm của chúng tôi đã làm sáng tỏ cách thức một mạch nào đó có thể trực tiếp tạo ra các mạch lượng tử lớn hơn mà không cần sử dụng các cổng logic nhỏ”.

Hiện tại, ngay cả các mạch máy lượng tử quy mô vừa và nhỏ cũng không thể tạo ra được do phải tích hợp quá nhiều các cổng này thành các mạch. Ví dụ mô hình cổng Fredkin (controlled - SWAP - hoán đổi được điều chỉnh) - đây là cổng mà hai qubit trao đổi phụ thuộc vào giá trị của mạch thứ 3.

Thông thường cổng Fredkin cần lắp đặt một mạch của năm phép toán logic. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng vướng mắc lượng tử của các hạt photon - các hạt ánh sáng - để thực hiện phép toán hoán đổi được điều chỉnh trực tiếp. Có các thuật toán tính toán lượng tử, như thuật toán Shor để dò tìm các số sơ khai, nhằm đáp ứng phép toán hoán đổi được điều chỉnh.

Giáo sư Tim Ralph, Trường Đại học Queensland, cho biết: “Cổng lượng tử Fredkin cũng có thể dùng thực hiện so sánh trực tiếp hai nhóm qubit (bit lượng tử) để xác định xem chúng có giống nhau hay không. Điều này không những hữu ích trong tính toán mà còn là một tính năng cần thiết của một số giao thức liên lạc lượng tử an toàn mà mục tiêu là xác định hai chuỗi hoặc ký hiệu số là đều như nhau. Điều thú vị về biểu mạch của chúng tôi là nó không bị giới hạn điều chỉnh cho dù các qubit được hoán đổi, mà có thể sử dụng cho một loạt các phép toán mở rộng khác nhau để điều chỉnh hiệu quả các mạch lớn hơn. Điều này có thể mở ra các ứng dụng cho đến nay vẫn nằm ngoài tầm với của chúng ta”.

Kết quả nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí Science Advances.

Nguồn: vista.gov.vn (Theo Phys.Org)