Trong mật mã lượng tử, tại sao một qubit có thể đồng thời là 0 và 1?

Các văn bản bên dưới là từ một số hướng dẫn và nó cho biết (ở định dạng in đậm bên dưới) một qubit có thể đồng thời là 0 và 1. Nghe có vẻ rất lạ đối với tôi, bạn có thể vui lòng giải thích tại sao không?

Mật mã lượng tử sử dụng vật lý của photon (năng lượng ánh sáng theo công thức E = hf) và các tính chất lượng tử vật lý của chúng để tạo ra một hệ thống mã hóa hầu như không thể phá vỡ. Điều này giúp bảo vệ các bảo mật dữ liệu được truyền qua cáp quang. Các photon dao động theo nhiều hướng khác nhau và tạo ra một chuỗi ngẫu nhiên bit (0 và 1) trên mạng quang. Gửi khóa mã hóa qua mạng sử dụng mật mã lượng tử â một giao thức phân phối khóa lượng tử (QKD) (một trong những giao thức phổ biến nhất là BB84). QKD sử dụng cơ học lượng tử để tạo điều kiện truyền an toàn các khóa mã hóa. Cơ học lượng tử sử dụng một qubit (bit lượng tử) làm đơn vị cơ bản của dữ liệu lượng tử. Không giống như hệ nhị phân bình thường (sử dụng các số 0 rời rạc và 1s), trạng thái của một qubit có thể là 0 hoặc 1, nhưng nó cũng có thể là cả 0 và 1 đồng thời. Hình 17.5 cho thấy một biểu diễn của một photon và cách một photon có thể bị ảnh hưởng bởi một trong bốn loại kính lọc phân cực.

Ngoài ra, nếu một số bạn đã từng học khoa học máy tính trình độ A, bạn có thể vui lòng đưa ra một số gợi ý về sách và bài tập về khoa học máy tính trình độ A không?

âCả 0 và 1 đồng thờiâ là một nói dối trẻ con: đó là một sự đơn giản hóa nhằm mục đích dễ hiểu và không hoàn toàn chính xác. Nó không phải là một trong rất tốt. Một cách tốt hơn để trình bày nó là một qubit có một phần là 0 và một phần là 1. Nó không phải là một con số duy nhất, nó là một hàm nhận các giá trị từ 0 đến 1.

Đối với tại sao… đó là vật lý.Vật lý cổ điển nói rằng một hạt ở một vị trí cụ thể tại một thời điểm cụ thể. Điều đó hoạt động rất tốt khi bạn muốn tính toán quỹ đạo của một hành tinh trong hệ mặt trời. Nó không hoạt động khi bạn muốn tính quỹ đạo của một hạt hạ nguyên tử. Hóa ra một mô hình vật lý tốt hơn là một hạt có mật độ hiện diện: nó ở khắp vũ trụ, nhưng hầu hết tất cả đều tập trung trong một vùng nhỏ. Tương tự, sự phân cực của photon không chỉ là hướng, mà còn là mật độ (ít nhiều giống với phân bố xác suất): có một tỷ lệ nhất định của nó theo mọi hướng. Và đây vẫn là một lời nói dối trẻ con — chính xác hơn, mật độ là một số phức.

Thu được kết quả từ một máy tính lượng tử liên quan đến việc tính tổng các hàm mật độ của nhiều qubit. Nó giống như thêm $n$ số giữa $0$ và $1$ và nhận được kết quả cuối cùng nếu tổng gần bằng $0$ hoặc gần $n$, ngoại trừ với phép toán phức tạp hơn.

Đề nghị đọc: Cuộc nói chuyệnâ qua Scott Aaronson và Zach Weinersmith