Cách đây không lâu, những hạn chế của máy tính cổ điển đã thúc đẩy các nhà khoa học phát triển một loại máy tính mới – máy tính lượng tử. Máy tính lượng tử sử dụng qubit thay vì bit cổ điển và có thể thực hiện một số phép tính nhanh hơn nhiều so với máy tính cổ điển. Lợi thế này có khả năng biến đổi nhiều lĩnh vực và làm cho cuộc sống của chúng ta tốt đẹp hơn. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về điện toán lượng tử, bao gồm các ngành và lĩnh vực có thể được cách mạng hóa nhờ điện toán lượng tử. Chúng ta cũng sẽ thảo luận về những thách thức và rủi ro liên quan đến công nghệ này, cũng như tương lai của nó.

Bên trong hệ thống máy tính lượng tử của IBM. (Tín dụng: IBM )
Máy tính lượng tử là gì?
Máy tính đã đi được một chặng đường dài kể từ khi lý thuyết lượng tử được phát triển vào những năm 1920 và chiếc máy tính lập trình đầu tiên, Bộ tích hợp số điện tử và máy tính ( ENIAC ), được chế tạo vào năm 1945. Chiếc máy này là chiếc máy tính "tự động, đa năng, điện tử" đầu tiên. số thập phân, máy tính kỹ thuật số,” theo cuốn sách “Những cột mốc quan trọng trong Khoa học Máy tính và Công nghệ Thông tin” của Edwin D. Reilly. Chính xác thì điện toán lượng tử là gì? Tóm lại, đó là một công nghệ đang phát triển nhanh chóng, khai thác các định luật cơ học lượng tử để giải quyết các vấn đề phức tạp theo cách hiệu quả và mạnh mẽ hơn so với máy tính cổ điển. Đối với một số vấn đề, siêu máy tính không phải là siêu máy tính. Về cốt lõi, điện toán lượng tử dựa vào việc sử dụng bit lượng tử (qubit) để xử lý và thao tác thông tin. Không giống như các bit cổ điển chỉ có thể tồn tại ở một trong hai trạng thái (0 hoặc 1), qubit có thể tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái do hiện tượng chồng chất. Điều này cho phép máy tính lượng tử thực hiện nhiều phép tính cùng một lúc. Một nguyên tắc quan trọng khác của điện toán lượng tử là sự vướng víu , cho phép các qubit trở nên tương quan theo cách mà trạng thái của một qubit có thể ảnh hưởng ngay lập tức đến trạng thái của một qubit khác, ngay cả khi chúng bị tách biệt về mặt vật lý. Điều này cho phép máy tính lượng tử thực hiện một số tác vụ nhanh hơn nhiều so với siêu máy tính – tính toán số lượng lớn, tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu lớn, v.v.Máy tính lượng tử hoạt động như thế nào?
Như vừa đề cập, máy tính lượng tử sử dụng qubit thay vì bit để chạy thuật toán lượng tử đa chiều. Qubit được tạo ra bằng cách sử dụng chất siêu dẫn, thể hiện các hiệu ứng cơ học lượng tử như cặp Cooper có thể mang điện tích qua chất cách điện thông qua đường hầm lượng tử. Hoạt động của qubit có thể được kiểm soát và điều khiển bằng cách bắn các photon vi sóng vào chúng. Qubit có thể được đặt ở trạng thái chồng chất, thể hiện sự kết hợp của tất cả các cấu hình có thể có của qubit. Các nhóm qubit ở trạng thái chồng chất có thể tạo ra các không gian tính toán phức tạp có thể biểu diễn các vấn đề phức tạp theo những cách mới. Máy tính lượng tử nhỏ hơn và cần ít năng lượng hơn siêu máy tính nhưng cần rất lạnh, điều này đạt được bằng cách sử dụng chất siêu lỏng siêu lạnh.
Hiện trạng điện toán lượng tử
Điện toán lượng tử là một lĩnh vực phát triển nhanh chóng và sẽ cách mạng hóa cách giải quyết các vấn đề phức tạp. Một số công ty, bao gồm IBM, Google và Rigetti, đã chế tạo và sử dụng máy tính lượng tử. Những máy tính này có kích thước từ vài qubit đến hơn 100 qubit và mỗi máy tính có kiến trúc cũng như bộ khả năng riêng.- Năm 2017, Rigetti đã công bố phiên bản beta công khai của Forest 1.0, môi trường lập trình full-stack đầu tiên trên thế giới dành cho điện toán lượng tử.
- Sycamore của Google là bộ xử lý lượng tử có 53 qubit. Nó được phát triển vào năm 2019 và được tuyên bố sẽ hoàn thành một nhiệm vụ trong 200 giây, điều này đòi hỏi một siêu máy tính cao cấp phải mất 10.000 năm mới hoàn thành.
- Hệ thống lượng tử IBM Một máy tính lượng tử cũng được IBM giới thiệu vào năm 2019. Nó chứa bộ xử lý lượng tử transmon 20 qubit được đặt trong hệ thống máy tính 2,7x2,7x2,7 mét. Điều thú vị là IBM đã công bố bộ xử lý 'Osprey' 433 qubit mới tại Hội nghị thượng đỉnh lượng tử IBM 2022.
GO TO FULL VERSION