นับตั้งแต่มีการประดิษฐ์ขึ้นในปี ค.ศ. 1920 ฟิสิกส์ควอนตัมได้ก่อให้เกิดการอภิปรายนับครั้งไม่ถ้วนเกี่ยวกับความหมายของมันและวิธีตีความทฤษฎีอย่างถูกต้อง การอภิปรายเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่ประเด็นต่างๆ เช่น ความขัดแย้งของไอน์สไตน์-โพโดลสกี-โรเซน ควอนตัมนอกพื้นที่ และบทบาทของการวัดในฟิสิกส์ควอนตัม อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับรากฐานของกลศาสตร์ควอนตัม
ได้นำไปสู่
สาขาใหม่ นั่นก็คือเทคโนโลยีสารสนเทศควอนตัม การใช้ฟิสิกส์ควอนตัมสามารถปฏิวัติวิธีที่เราสื่อสารและประมวลผลข้อมูล ข้อสังเกตใหม่ที่สำคัญคือ ข้อมูลไม่ได้ขึ้นอยู่กับกฎทางกายภาพที่ใช้ในการจัดเก็บและประมวลผล แม้ว่าคอมพิวเตอร์สมัยใหม่จะอาศัยกลศาสตร์ควอนตัมในการทำงาน
แต่ข้อมูลนั้นยังคงถูกเข้ารหัสแบบดั้งเดิม แนวทางใหม่คือการปฏิบัติต่อข้อมูลในฐานะแนวคิดควอนตัม และเพื่อสอบถามว่าสามารถรับข้อมูลเชิงลึกใหม่ใดบ้างโดยการเข้ารหัสข้อมูลนี้ในระบบควอนตัมแต่ละระบบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อทั้งการส่งและการประมวลผลข้อมูลอยู่ภายใต้กฎหมาย
ควอนตัม ปริมาณข้อมูลพื้นฐานคือบิต ซึ่งสามารถรับค่าใดค่าหนึ่งจากสองค่า ซึ่งโดยปกติคือ “0” และ “1” ดังนั้น การรับรู้ทางกายภาพของบิตต้องการระบบที่มีสองสถานะที่กำหนดไว้อย่างดี เช่น สวิตช์ที่ปิดแทน “0” และเปิดแทน “1” บิตสามารถแสดงได้ด้วย ตัวอย่างเช่น ระดับแรงดันไฟฟ้าในวงจรลอจิคัล
หลุมในคอมแพคดิสก์ พัลส์ของแสงในใยแก้ว หรือการสะกดจิตบนเทปแม่เหล็ก ในระบบดั้งเดิม เป็นที่พึงปรารถนาที่จะให้ทั้งสองสถานะแยกออกจากกันโดยสิ่งกีดขวางพลังงานขนาดใหญ่ เพื่อไม่ให้ค่าของบิตเปลี่ยนแปลงโดยธรรมชาติ ระบบสองสถานะยังใช้เพื่อเข้ารหัสข้อมูลในระบบควอนตัม
และเรียกสถานะควอนตัมสองสถานะว่า |0〉 และ |1〉 ตามธรรมเนียม คุณลักษณะใหม่จริงๆ ของเทคโนโลยีสารสนเทศควอนตัมคือระบบควอนตัมสามารถอยู่ในสถานะซ้อนทับกัน ในแง่หนึ่ง ควอนตัมบิตสามารถอยู่ในสถานะ |0〉 และสถานะ |1〉 ได้ในเวลาเดียวกัน คุณสมบัติใหม่นี้ไม่มี
ความคล้ายคลึงกัน
ตัวอย่างที่รู้จักกันดีของการซ้อนทับควอนตัมคือการทดลองแบบ double-slit ซึ่งลำแสงของอนุภาคผ่านช่องว่างสองครั้งและสร้างรูปแบบการแทรกสอดคล้ายคลื่นบนหน้าจอด้านไกล คุณลักษณะสำคัญของการรบกวนควอนตัมคือรูปแบบการรบกวนสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีอนุภาคเพียงอนุภาคเดียว
ในเครื่องมือ ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการรบกวนควอนตัมคือการทดลองต้องดำเนินการในลักษณะที่ไม่มีทางรู้ได้ แม้แต่ในหลักการว่าในสองวิธีนั้นช่องใดที่อนุภาคผ่านไปยังหน้าจอการแทรกสอดเชิงควอนตัมสามารถอธิบายได้ด้วยการบอกว่าอนุภาคนั้นอยู่ในการทับซ้อนของเส้นทางการ
ทดลองสองเส้นทาง: |ทางผ่านช่องด้านบน 〉 และ | ทาง ผ่านช่องด้านล่าง 〉ในทำนองเดียวกันควอนตัมบิตสามารถอยู่ในตำแหน่งซ้อนทับของ |0〉 และ|1〉การทดลองในการประมวลผลข้อมูลควอนตัมมักจะใช้อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์มากกว่าการใช้สลิตคู่ แต่หลักการก็เหมือนกัน (รูปที่ 1) จนถึงตอนนี้
มีการสังเกตการรบกวนควอนตัมอนุภาคเดี่ยวกับโฟตอน อิเล็กตรอน นิวตรอน และอะตอม เกินกว่าบิตระบบเชิงกลควอนตัมใดๆ สามารถใช้เป็น qubit ได้หากสามารถกำหนดสถานะใดสถานะหนึ่งเป็น |0〉 และอีกสถานะหนึ่งเป็น|1〉จากมุมมองของการปฏิบัติ การมีสถานะที่สามารถแยกแยะได้อย่างชัดเจน
จะเป็นประโยชน์ นอกจากนี้ เป็นที่พึงปรารถนาที่จะมีสภาวะที่มีอายุการใช้งานยาวนานพอสมควร (ในระดับของการทดลอง) เพื่อให้ข้อมูลควอนตัมไม่สูญหายไปกับสิ่งแวดล้อมผ่านการเสื่อมสภาพ โฟตอน อิเล็กตรอน อะตอม ควอนตัมดอท และอื่นๆ ทั้งหมดสามารถใช้เป็นคิวบิตได้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้
ทั้งสถานะ
ภายใน เช่น ระดับพลังงานในอะตอม และสถานะภายนอก เช่น ทิศทางการแพร่กระจายของอนุภาค เป็นคิวบิต ความจริงที่ว่าความไม่แน่นอนของควอนตัมเข้ามามีบทบาทในข้อมูลควอนตัมอาจดูเหมือนเป็นการบอกเป็นนัยถึงการสูญเสียข้อมูล อย่างไรก็ตาม การซ้อนทับนั้นเป็นทรัพย์สิน
ดังจะเห็นได้เมื่อเราพิจารณาระบบที่มีมากกว่าหนึ่งคิวบิต จะเกิดอะไรขึ้นหากเราพยายามเข้ารหัสข้อมูลสองบิตลงบนอนุภาคควอนตัมสองตัว วิธีการที่ตรงไปตรงมาคือการเขียนโค้ดข้อมูลหนึ่งบิตลงในแต่ละคิวบิตแยกกัน สิ่งนี้นำไปสู่ความเป็นไปได้สี่ประการ ในทฤษฎีข้อมูลแบบดั้งเดิม และในปี 1995
สถานะระฆังแต่ละสถานะแสดงถึงการทับซ้อนที่สอดคล้องกันของความเป็นไปได้สองประการ ในสองสถานะบนสุดคือ |Ψ +〉 และ |Ψ –〉 คิวบิตทั้งสองจะแตกต่างกัน และในสองสถานะล่างคือ |φ +〉 และ |φ –〉 จะเหมือนกัน ประเด็นสำคัญคือสถานะของอนุภาคเดี่ยวนั้น “พัวพัน” ในการซ้อนทับเหล่านี้
ซึ่งหมายความว่าสถานะกระดิ่งสองอนุภาคไม่สามารถเขียนเป็นชุดค่าผสมเชิงเส้นของสถานะอนุภาคเดี่ยวได้ในสถานะ |Ψ +〉 ตัวอย่างเช่น อนุภาค 1 สามารถอยู่ในสถานะ |φ〉 และอนุภาค 2 สามารถอยู่ในสถานะ |1〉 หรือในทางกลับกัน แต่ไม่มีทางรู้ว่าอนุภาคใดอยู่ในสถานะใด
ทั้งหมดที่กำหนดไว้คือข้อเท็จจริงที่ว่าทั้งสอง qubits นั้นแตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่าข้อมูลทั้งหมดจะถูกแจกจ่ายระหว่างสอง qubits และไม่มีแต่ละระบบที่มีข้อมูลใดๆ นี่คือแก่นแท้ของการพัวพันและเป็นหนึ่งในคุณสมบัติใหม่และต่อต้านการใช้งานง่ายของกลศาสตร์ควอนตัม
ความพัวพันเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับประเด็นเรื่องความไม่อยู่ในท้องถิ่นในทฤษฎีควอนตัม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากอนุภาคทั้งสองในสถานะพัวพันถูกแยกออกจากกันอย่างกว้างขวาง การวัดในอนุภาคหนึ่งจะส่งผลต่อสถานะควอนตัมของอีกอนุภาคหนึ่งทันที ดูเหมือนว่าอนุภาคจะสื่อสารกัน
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
