Pha tương đối ảnh hưởng kết quả lượng tử thế nào?

• Hai sóng cùng pha
• Tổng: sóng lớn gấp đôi
• Tổng: triệt tiêu thành đường thẳng

Bạn sẽ học được gì

• Hiểu pha tương đối là độ lệch giữa hai sóng.
• Nói được vì sao pha làm hai phần cộng hoặc triệt tiêu nhau.
• Biết vì sao máy tính lượng tử cần điều khiển pha.

Cần biết trước

Không cần kiến thức trước. Chỉ cần từng thấy hai gợn sóng nước gặp nhau.

Pha tương đối là gì?

Pha tương đối là độ lệch giữa hai sóng. Hãy nhìn hai gợn sóng trên mặt nước. Nếu đỉnh của sóng này trùng đỉnh sóng kia, chúng cùng pha. Nếu đỉnh sóng này gặp đáy sóng kia, chúng lệch pha. Khác biệt đó là pha tương đối.

Trang The Physics Classroom về giao thoa sóng mô tả hai kết quả. Hai xung lệch lên giống nhau gặp nhau làm môi trường có xung lệch lên với biên độ gấp đôi, tức là giao thoa kiến tạo. Một xung lệch lên và một xung lệch xuống cùng hình dạng gặp nhau sẽ triệt tiêu tác động của nhau, tức là giao thoa triệt tiêu.

• Sóng thứ nhất
• Sóng thứ hai, bị trễ
• Độ lệch giữa hai đỉnh

Pha tương đối làm đổi kết quả đo như thế nào?

Nó làm đổi xác suất, vì xác suất đến từ các biên độ giống sóng. IBM mô tả khi các qubit ở trạng thái chồng chập chung, thông tin được cấu trúc giống sóng, với các biên độ gắn với từng kết quả. Xác suất của một kết quả bằng bình phương độ lớn biên độ tương ứng trong cơ sở đo đã chọn; biên độ không phải chính xác suất.

Cũng theo IBM, các sóng này có thể cộng vào nhau khi nhiều sóng cùng đạt đỉnh ở một kết quả, hoặc triệt tiêu nhau. Nếu hai phần của trạng thái cùng pha ở một kết quả, kết quả đó dễ xuất hiện hơn. Nếu ngược pha, nó có thể khó xuất hiện hơn; triệt tiêu hoàn toàn còn cần hai biên độ có độ lớn bằng nhau. Trang Microsoft Quantum nói chung ý: 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.

Chỉ đổi pha rồi đo ngay trong cùng cơ sở chưa chắc làm xác suất đổi. AWS Quantum Technologies giải thích rằng các trạng thái chỉ khác pha tương đối có thể cho cùng thống kê trong cơ sở đó. Cần một phép biến đổi trộn các thành phần, hoặc chọn cơ sở đo phù hợp, để pha thể hiện qua giao thoa. Cơ sở đo là tập kết quả mà phép đo phân biệt.

• Cùng pha: xác suất cao
• Ngược pha: xác suất gần không

Vì sao máy tính lượng tử cần điều khiển pha?

Vì pha là cách chọn kết quả nào được khuếch đại. Theo Microsoft Quantum, khi điều khiển pha tương đối của các trạng thái, giao thoa có thể được dùng để khuếch đại một số kết quả và triệt bớt kết quả khác. Thuật toán kết hợp điều khiển pha với các phép biến đổi để tăng xác suất kết quả mong muốn. Điều này không có nghĩa máy đã biết sẵn đáp án đúng hay luôn đo được đáp án ấy.

• Hai kết quả ban đầu ngang nhau
• Chỉnh pha và trộn biên độ
• Một kết quả được khuếch đại

Ví dụ trong đời sống

Tai nghe chống ồn là một ví dụ về sóng triệt tiêu nhau, dù thuộc về âm thanh chứ không phải lượng tử. Tai nghe tạo sóng lệch pha với tiếng ồn để hai sóng gần như xóa nhau. Pha lượng tử theo cùng nguyên tắc cộng hoặc triệt tiêu, nhưng tác động lên xác suất của kết quả đo. Đây chỉ là phép so sánh để hình dung.

Hiểu lầm thường gặp

Pha là một loại năng lượng thêm vào. Pha là độ lệch giữa hai sóng, không phải một lượng năng lượng.

Pha không ảnh hưởng kết quả vì chỉ đo xác suất. Xác suất đến từ các biên độ giống sóng, nên pha tương đối quyết định chúng cộng hay triệt tiêu.

Hai phần cứ gặp nhau là mạnh lên. Chỉ khi cùng pha chúng mới cộng vào nhau. Lệch pha thì có thể triệt tiêu.

Câu hỏi thường gặp

Pha tương đối là gì?

Là độ lệch giữa hai sóng hoặc hai phần của một trạng thái: đỉnh trùng đỉnh hay đỉnh gặp đáy.

Vì sao pha làm đổi xác suất?

Vì biên độ giống sóng của từng kết quả có thể cộng vào hoặc triệt tiêu nhau, rồi lấy bình phương độ lớn của biên độ tổng để tính xác suất.

Máy tính lượng tử dùng pha để làm gì?

Để khuếch đại một số kết quả và triệt bớt các kết quả khác.

Tóm tắt

• Pha tương đối là độ lệch giữa hai sóng: đỉnh trùng đỉnh hay đỉnh gặp đáy.
• Xác suất bằng bình phương độ lớn biên độ; pha ảnh hưởng kết quả khi các phần giao thoa.
• Điều khiển pha cho phép khuếch đại kết quả mong muốn và triệt bớt kết quả khác.