Giao thoa lượng tử được hiểu qua các đường đi ra sao?

• Đường thứ nhất
• Đường thứ hai
• Điểm xuất phát
• Nơi đo kết quả

Bạn sẽ học được gì

• Hiểu "đường đi" trong giao thoa lượng tử có nghĩa gì.
• Nói được các biên độ của nhiều đường kết hợp như thế nào.
• Tránh hiểu nhầm rằng qubit thử mọi đường cùng lúc.

Cần biết trước

Nên đọc bài về pha tương đối. Nếu chưa, chỉ cần biết hai sóng gặp nhau có thể cộng hoặc triệt tiêu.

"Đường đi" trong giao thoa lượng tử là gì?

Đường đi là một cách khả dĩ để hệ đi tới một kết quả. Theo Microsoft Quantum, khi một hạt ở trạng thái chồng chập của nhiều trạng thái, các trạng thái ấy có thể giao thoa với nhau, tạo giao thoa kiến tạo hoặc triệt tiêu. Các đường chỉ giao thoa khi không có thông tin phân biệt chúng dẫn tới cùng kết quả. Nếu đã biết hạt đi đường nào, không thể giữ nguyên cách cộng biên độ này.

Hãy nghĩ tới hai con đường từ nhà tới trường. Kết quả "tới trường" đạt được qua cả hai. Ở đời thường ta chỉ chọn một đường; trong cách mô tả lượng tử, cả hai đóng góp vào kết quả. Đây là phép so sánh để hình dung, không phải mô tả chính xác.

• Nhà
• Con đường thứ nhất
• Con đường thứ hai
• Trường

Các biên độ của nhiều đường kết hợp ra sao?

Chúng được cộng lại như sóng. IBM giải thích rằng các biên độ hoạt động như sóng nên có thể chồng lên nhau và giao thoa. Phép đo trả về một kết quả, không đọc trực tiếp biên độ. Theo AWS Quantum Technologies, xác suất mỗi kết quả bằng bình phương độ lớn biên độ tổng tương ứng trong cơ sở đo đã chọn.

IBM cũng nêu các sóng có thể cộng vào nhau khi nhiều sóng cùng đạt đỉnh ở một kết quả, hoặc triệt tiêu nhau. Với sóng thường, The Physics Classroom cho biết hai xung lệch lên giống nhau gặp nhau làm môi trường có xung lệch lên với biên độ gấp đôi, còn một xung lệch lên và một xung lệch xuống cùng hình dạng gặp nhau sẽ triệt tiêu tác động của nhau.

• Hai đường cùng pha: cộng lên
• Hai đường lệch pha: triệt tiêu

Giao thoa tạo ra điều gì khi đo?

Nó tạo ra mẫu kết quả đặc trưng. Microsoft Quantum viết rằng giao thoa có thể tạo ra các mẫu kết quả đặc trưng khi hạt được đo. Chỗ các đường cộng lại cho kết quả hay gặp, chỗ chúng triệt tiêu cho kết quả hiếm gặp.

• Chỗ các đường cộng lại: kết quả thường gặp
• Chỗ các đường triệt tiêu: kết quả hiếm

Ví dụ trong đời sống

Hai gợn sóng nước từ hai viên sỏi thả gần nhau gặp nhau trên mặt hồ: chỗ cộng thì gợn cao, chỗ triệt tiêu thì mặt nước phẳng. Giao thoa lượng tử có cùng nguyên tắc cộng hoặc triệt tiêu, nhưng nó tác động lên biên độ của các kết quả. Đây là phép so sánh để hình dung.

Hiểu lầm thường gặp

Qubit thử mọi đường cùng một lúc. IBM nói rõ qubit không "thử nhiều đường đi" cùng một lúc. Kết quả đến từ việc các biên độ giao thoa.

Cứ có nhiều đường là kết quả dễ xảy ra hơn. Các biên độ có thể triệt tiêu nhau, làm kết quả khó xảy ra hơn.

Giao thoa chỉ có ở sóng nước và ánh sáng. Microsoft Quantum mô tả giao thoa ở cả hạt ở trạng thái chồng chập.

Câu hỏi thường gặp

Giao thoa lượng tử là gì?

Là hiện tượng các biên độ giống sóng của nhiều đường đi tới một kết quả cộng vào hoặc triệt tiêu nhau.

Qubit có thử mọi đường cùng lúc không?

Không. IBM nói qubit không "thử nhiều đường đi" cùng một lúc.

Biên độ liên quan gì tới xác suất?

Cộng các biên độ của những đường không phân biệt được dẫn tới cùng kết quả, rồi lấy bình phương độ lớn của tổng để được xác suất. Một lần đo trả về kết quả, không trả về biên độ.

Tóm tắt

• Một kết quả có thể đạt tới qua nhiều đường, mỗi đường mang biên độ giống sóng.
• Các biên độ cộng hoặc triệt tiêu như sóng, tạo ra mẫu kết quả đặc trưng.
• Qubit không thử nhiều đường cùng một lúc.