Từ nghiên cứunày mở ra một triển vọng mới trong việc chế tạo các máy tính có tốc độ siêu nhanh.Và đểphục vụ cho nhu cầu làm việc đòi hỏi tốc độ xử lý của máy tính ngày càng cao của conng
NỘI DUNG
Cơ học lượng tử
Cơ học lượng tử (Quantum mechanics) là một lý thuyết cơ bản trong vật lý học miêu tả lại các tính chất vật lý của tự nhiên ở cấp độ nguyên tử và hạt hạ nguyên tử.
Cơ học lượng tử được hình thành vào nửa đầu thế kỷ 20 do Max Plank, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli và một số người khác tạo nên Cơ học lượng tử là phần mở rộng và bổ sung của cơ học Newton (còn gọi là cơ học cổ điển).
Nó là cơ sở của rất nhiều các chuyên ngành khác của vật lý và hóa học như vật lý chất rắn, hóa lượng tử, vật lý hạt Khái niệm lượng tử để chỉ một số đại lượng vật lý như năng lượng không liên tục mà rời rạc Với nhiều ứng dụng thực tế nổi bật. Ứng dụng của cơ học lượng tử là cơ sở của rất nhiều các chuyên ngành khác của vật lý và hóa học như vật lý chất rắn, hóa lượng tử, vật lý hạt Cơ học lượng tử cho phép tính toán các tính chất và hành xử của các hệ thống vật lý, thường được áp dụng cho các hệ thống vi mô: phân tử, nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm các phương pháp can thiệp vào các trạng thái lượng tử, ví dụ là mật mã lượng tử cho phép truyền thông tin một cách an toàn Mục đích xa hơn là phát triển các máy tính lượng tử, có thể thực hiện các tính toán nhanh hơn các máy tính hiện nay rất nhiều lần.
Hình 1: Max Plank - cha đẻ của thuyết Lượng tử
Máy tính lượng tử
Máy tính lượng tử trong tiếng Anh là Quantum Computing, là một lĩnh vực máy tính tập trung vào việc phát triển công nghệ máy tính dựa trên các nguyên tắc của lí thuyết lượng tử, giải thích tính chất của năng lượng và vật chất ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử “Máy tính lượng tử là một thiết bị tính toán dựa trên ứng dụng của cơ học lượng tử”.
Trong máy tính lượng tử, dữ liệu không được xử lý bởi điện tử đi qua transistor nữa, mà xử lý bởi các nguyên tử được “giam giữ” với tên gọi là quantum bit hay Qubits Máy tính lượng tử có phần cứng khác hẳn với máy tính thông thường
Một trong các mô hình lý thuyết về máy tính lượng tử là máy Turing lượng tử hay còn gọi là máy tính lượng tử phổ dụng Máy tính lượng tử có những đặc điểm lý thuyết chung với máy tính phi tất định (non-deterministc) và máy tính xác suất (probabilistic automaton computer), với khả năng có thể đồng thời ở trong nhiều trạng thái
Sự phát triển của máy tính lượng tử thực tế vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, nhưng các thí nghiệm đã được thực hiện trên một số lượng rất nhỏ các bit lượng tử Máy tính lượng tử được cho là có tiềm năng nhanh hơn và mạnh hơn nhiều lần so với máy tính ngày nay Krysta Svore, giám đốc chính bộ phận nghiên cứu của Microsoft đã nói rằng: “Những vấn đề mà chúng ta phải mất hàng tỉ năm để tính toán giải quyết theo kiểu cổ điển, với máy tính lượng tử, chỉ cần vài ngày hoặc vài tuần”.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt đông của máy tính lượng tử là sử dụng trực tiếp các hiệu ứng của cơ học lượng tử như tính chồng chập và rối lượng tử để thực hiện các phép toán trên dữ liệu đưa vào Trong máy tính lượng tử, dữ liệu không đòi hỏi phải được mã hóa thành các chữ số nhị phân mà sử dụng các qubit (bit lượng tử) ở trong trạng thái chồng chập lượng tử để thực hiện tính toán lượng tử.
Máy tính lượng tử thực hiện hoạt động với các qubit (Quantum bit hay còn gọi là bit lượng tử) thay vì các bit nhị phân như máy tính thông thường mà chúng ta sử dụng Qubit mở ra tiềm năng cho máy tính lượng tử thông qua các thuật toán phức tạp và thực hiện các phép tính nhanh và nhiều hơn so với các hệ thống mà chúng ta hiện đang sử dụng
Bit là đơn vị cơ bản của thông tin cổ điển Mỗi bit chỉ có thể nhận một trong hai giá trị là 0 hoặc 1 Có thể hiểu mỗi bit là trạng thái “đóng” hoặc “mở” của transitor hoặc được biểu diễn bằng mũi tên chỉ lên hoặc chỉ xuống Qubit là đơn vị của thông tin lượng tử Thông tin đó miêu tả một hệ cơ học lượng tử có hai trạng thái cơ bản. Một trạng thái qubit thuần túy là chồng chập lượng tử tuyến tính của hai trạng thái cơ bản trên Điều này khác với bit của thông tin cổ điển, chỉ nhận một trong hai giá trị 0 hoặc 1, nhờ đó sức mạnh tính toán của máy tính lượng tử trở nên vượt trội và khả năng mang thông tin vô hạn.
3.2 Các trạng thái của qubit – đem lại khả năng lưu trữ thông tin vô hạn:
Các trạng thái của Qubit được xác định dựa vào 2 trạng thái cơ bản đó là |0> và
|1> Như đã nói, khác với bit cổ điển, Qubit không chỉ nhận các giá trị ứng với các trạng thái đó mà nó còn nhận giá trị chồng chập là sự tổ hợp tuyến tính của 2 trạng thái đó: |P> = a|0> + b|1>
Với a, b là các hằng số tỉ lệ với cường độ cửa trạng thái tổi hợp ứng với trạng thái cơ bản tương ứng
Chú ý rằng, theo điền kiện chuẩn hóa, ta có |a|2 + |b|2 = 1.
Theo hệ thức đó, ta thấy rằng, không gian trạng thái tổ hợp |P> của một đơn qubit về phương diện hình học được biểu diễn trên một mặt cầu, gọi là mặt cầu Block. Đây là một không gian 2 chiều
Như vậy, về bản chất, mỗi điểm trên mặt cầu biểu diễn cho một trạng thái của qubit Mà mặt cầu thì có vô hạn điểm, do đó, ta thấy ngay khả năng biểu diễn thông tin lượng tử lên đến vô hạn chứ không phải chỉ là 0 hoặc 1 như bit cổ điển
3.3 Trao đổi và xử lý thông tin giữa các qubit:
Chúng ta biết rằng mỗi qubit đều mang thông tin lượng tử Và thông tin được trao đổi qua lại giữa các qubit Do đó, một trong các lĩnh vực mới là tìm hiểu cơ chế trao đổi thông tin giữa các qubit và cách xử lý thông tin thu được.
Sự khác biệt của qubit so với bit cổ điển, không chỉ ở sự biến thiên giá trị liên tục thông qua chồng chập lượng tử, mà còn ở chỗ cùng một lúc nhiều qubit có thể tồn tại và tương tác với nhau qua hiện tượng rối lượng tử Sự rối này có thể xảy ra ở khoảng cách vĩ mô giữa các qubit, cho phép chúng thể hiện các chồng chập cùng lúc của nhiều dãy ký tự (ví dụ chồng chập 01010 và 11111) Tính chất “song song lượng tử” này là thế mạnh cơ bản của máy tính lượng tử
Thông tin của máy tính lượng tử được mô tả bởi tập các qubit Quá trình chuyển từ trạng thái đầu tiên của các qubit đến trạng thái cuối sẽ được mô tả bởi một ma trận tác động lên hàm sóng của các qubit
Bằng việc giải các tích phân chuyển động đối với ma trận mật độ này, áp dụng các phép tính gần đúng, người ta đã thấy rằng sự biểu diễn trạng thái trên một qubit tự do còn chịu ảnh hưởng của các trạng thái của qubit khác Thành lập cụ thể các phương trình này sẽ cho cơ chế truyền thông tin của các qubit.
Cấu tạo và phân loại
Phần bên ngoài của máy tính lượng tử có hình dạng giống như một cây đèn chùm khổng lồ Các chuyên gia thì lại gọi cùng một cái tên là kiến trúc đèn chùm Cấu trúc máy tính lượng tử dựa trên máy tính nhưng nó sẽ khác về khả năng di chuyển của các Qubit
Máy tính lượng tử sẽ sẽ bao gồm một nhân trung tâm là một siêu chip lượng tử,xung quanh siêu chip này sẽ đặt các Qubit và sắp xếp theo dạng một bàn cờ Nhiệm vụ của máy tính lượng tử là thực hiện các tác vụ phức tạp có chứa những biến đỗi ngẫu nhiên nên việc thiết kế các Qubit cũng rất đặc biệt Các Qubit phải đáp ứng được khả năng di chuyển tự do trên mạch dưới dạng một bàn cờ Để làm được việc đó, các nhà khoa học đã cho các Qubit ở trong một môi trường với hình dạng giống như một cái tủ lạnh, các nhà khoa học để vào trong đó một hỗn hợp gọi là helium hóa lỏng đặc biệt Tác dụng của chất này là làm mát các chip lượng tử, và đưa chúng về độ không tuyệt đối, đó là một môi trường được cho là có nhiệt độ lạnh nhất.
Hình 4.1: Máy tính lượng tử của Google
Hiện nay, máy tính lượng tử gồm có 4 loại chính:
- Máy tính lượng tử bẫy ion (Trapped ion)
- Máy tính lượng tử cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear magnetic resonance).
- Máy tính lượng tử bán dẫn (Semiconductors)
- Máy tính lượng tử quang tuyến tính (Linear optics).
Hình 4.2: Phân loại máy tính lượng tử
4.2.1 Máy tính lượng tử bẫy ion (Trapped ion):
Ion, hay các hạt nguyên tử tích điện, có thể được giới hạn và lơ lửng trong không gian tự do sử dụng điện từ trường Qubit được lưu trữ trong các trạng thái điện tử ổn định của mỗi ion, và thông tin lượng tử có thể được chuyển qua các chuyển động lượng tử chung của các ion trong một bẫy được chia sẻ (tương tác thông qua các lực Coulomb) Các hoạt động cơ bản của một máy tính lượng tử đã được chứng minh bằng thực nghiệm với độ chính xác cao nhất hiện nay trong hệ thống ion bị bẫy.
Máy tính lượng tử bẫy ion là máy tính lượng tử sử dụng bẫy ion do Ignacio Cirac và Peter Zoller đưa ra vào năm 1995 Máy tính lượng tử bẫy ion đã tạo ra sự tiến bộ lớn trong lĩnh vực này và đã được thực hiện trong nhiều thập kỷ qua Hiện nay, các ion bị bẫy vẫn là một tiêu điểm và là nội dung hàng đầu cho tính toán lượng tử.
Hình 4.2.1a: Mô hình hoạt động của bẫy ion và bẫy ion thực tế
Hình 4.2.1b: Bẫy Paul tuyến tính cổ điển ở Innsbruck cho chuỗi các ion Canxi
4.2.2 Máy tính lượng tử cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear magnetic resonance):
Cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance – NMR) là hiện tượng một hạt nhân nguyên tử nằm trong từ trường hấp thu hoặc phát xạ một bức xạ điện từ. Cộng hưởng từ hạt nhân cũng được xem là một nhóm các phương pháp khoa học áp dụng cộng hưởng từ hạt nhân vào việc nghiên cứu các phân tử.
Máy tính lượng tử cộng hưởng từ hạt nhân sử dụng sự xoay quanh hạt nhân của các phân tử trong một chất lỏng làm qubit, các hoạt động được thực hiện bằng kỹ thuật cộng hưởng từ hạt nhân Sự truyền tải thông tin thông qua tương tác xoay Ưu điểm lớn nhất của máy tính lượng tử này là thời gian khá dài (cỡ giây) Nhược điểm chính là khó tách tín hiệu khỏi nhiễu khi có nhiệt độ cao.
Hình 4.2.2a: Máy tính lượng tử cộng hưởng từ hạt nhân
Hình 4.2.2b: Một mẫu NMR điển hình
4.2.3 Máy tính lượng tử bán dẫn (Semiconductors):
Có một số loại qubit tạo ra dựa trên chất bán dẫn Một trong những loại phổ biến nhất là qubit siêu dẫn, sử dụng các điểm nối Josephson được làm từ màng mỏng vật liệu siêu dẫn trên đế bán dẫn Một loại khác là qubit ion bị bẫy, sử dụng các ion bị giữ lại trong buồng chân không và được điều khiển bằng tia laser được dẫn hướng bằng quang học dựa trên chất bán dẫn Qubit liên kết (Topological Qubit) là một loại qubit khác dựa trên vật liệu bán dẫn có các đặc tính liên kết đặc biệt giúp chúng có khả năng chống lỗi.
Sau khi qubit được tạo ra, chất bán dẫn cũng được sử dụng để điều khiển và thao tác chúng Điều này đạt được thông qua việc sử dụng các xung tần số vô tuyến và vi sóng được gửi đến các qubit thông qua hệ thống dây dẫn dựa trên chất bán dẫn Các xung này có thể được sử dụng để thiết lập trạng thái của qubit hoặc làm vướng nó với các qubit khác, đây là một bước quan trọng trong việc thực hiện các phép tính lượng tử.
Máy tính lượng tử bán dẫn là loại máy tính được nhiều nhóm tập trung nghiên cứu với hy vọng sử dụng được các thành tựu của nền công nghiệp bán dẫn hiện nay và công nghệ nano trong tương lai gần Có hai loại máy tính lượng tử bán dẫn chính, đó là:
- Máy tính lượng tử bán dẫn xoay (spin): các qubit là các trạng thái xoay của điện tử
- Máy tính lượng tử bán dẫn quang: sử dụng các trạng thái phân cực của photon làm qubit.
Hình 4.2.3: Máy tính lượng tử bán dẫn
4.2.4 Máy tính lượng tử quang tuyến tính (Linear optics):
Trong máy tính lượng tử này, photon được sử dụng để biểu diễn cho qubit Bởi sự chồng chất của các trạng thái lượng tử có thể dễ dàng được biểu diễn, mã hóa, truyền tải và phát hiện bằng các photon Ưu điểm của qubit quang này là nó hoạt động tốt như nhau ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ phòng Dễ dàng thao tác với các thành phần quang tuyến tính (bộ tách chùm bộ dịch pha và gương) để xử lý thông tin lượng tử, và sử dụng máy dò photon và bộ nhớ máy lượng tử để phát hiện và lưu trữ thông tin lượng tử.
Hình 4.2.4: Hệ thống xử lý quan tuyến tính
Ứng dụng
Máy tính lượng tử có thể phân tích nhiều dữ liệu và khả năng cùng một lúc.Điều đó làm cho chúng xử lý các thuật toán và bộ dữ liệu siêu phức tạp một cách dễ dàng hơn, nhanh hơn, chính xác hơn Một khi nó được chế tạo thành công sẽ có rất nhiều ứng dụng trong tương lai.
Hình 5: Ứng dụng máy tính lượng tử
5.1 Dự báo thời tiết với độ chính xác cực cao
Dù có sử dụng những thiết bị đo khí tượng tốt nhất thì việc đưa ra một bản dự báo thời tiết với độ chính xác gần như tuyệt đối vẫn là một công việc không khả thi. Nhưng với sự xuất hiện của máy tính lượng tử thì việc xây dựng một mô hình thời tiết cho một khu vực hay toàn cầu là hoàn toàn có thể làm được.
Hình 5.1: Ứng dụng trong dự báo thời tiết
Máy tính lượng tử có thể đưa ra những dự đoán về một cơn bão bao gồm thời gian nó bắt đầu, những nơi nào nó có thể đi qua ngay trước khi nó được sinh ra Giám đốc kỹ thuật của Google, Hartmut Neven, cho biết ngoài việc dự báo những hiện tượng thời tiết cụ thể thì máy tính lượng tử có thể dự báo được những xu hướng thời tiết của tương lai trong vài chục năm tới, đặc biệt là hậu quả của việc trái đất nóng lên.
Ngoài ra, bởi khả năng tính toán siêu việt có phần bá đạo mà máy tính lượng tử có thể phá được cả các hệ thống mật mã như RSA hay DSA, đây đều là những mật mã hóa khóa công khai, dùng cho việc tạo ra các chữ ký số được mã hóa, độ dài của các khóa này thường rất lớn nên việc tự mò mẫm và đưa ra mật mã được mã hóa dường như là không thể, một kỷ nguyên mới của mã hóa lượng tử Tuy vậy, với máy tính lượng tử nhờ vào việc có thể phá mã dựa trên trạng thái chồng chập sẽ phá mã nhanh hơn nhiều so với những máy tính bình thường Nhờ đó chúng ta có thêm một cách để giữ an toàn dữ liệu của mình.
Hình 5.2: Ứng dụng trong lĩnh vực mã hóa
5.3 Bảo mật thông tin chặt chẽ hơn bao giờ hết
Chúng ta luôn sử dụng các thông tin được mã hóa mà thậm chí bản thân mình không hề nhận ra như đăng nhập vài các tài khoản email hay dùng thẻ tín dụng để mua hàng qua mạng Mặc dù khả năng những dữ liệu này bị can thiệp là không cao nhưng vẫn còn tiềm ẩn nhiều nguy cơ từ những tin tặc.
Hình 5.3: Ứng dụng trong bảo mật thông tin
Với máy tính lượng tử thì cơ chế bảo mật đã được thay mới bằng hệ thống phòng vệ cơ học lượng tử Hệ thống này hoạt động theo cơ chế ổ khóa nào thì đi với chìa khóa đấy và có thêm nhận dạng của các bên liên quan Tức là khi bạn gửi cho ai đó một email thì người nhận sẽ phải có một chìa khóa dạng mã hóa theo cơ học lượng tử để mở kháo email này, nếu ai đó chặn được email này thì không thể mở khóa được nó dù cho họ có thể tạo ra một chiếc chìa khóa giống hệt.Mặc dù vậy, việc áp dụng lý thuyết cơ học lượng tử vào việc bảo mật thông tín cũng tạo ra những mối nguy hiểm tiềm tàng từ chính lý thuyết nếu những tin tặc có thể sờ tay vào những công nghệ cao cấp này.
5.4 Tối ưu hóa mảng logistics:
Phân tích dữ liệu được cải thiện và mô hình hóa mạnh mẽ sẽ thực sự cho phép nhiều ngành công nghiệp tối ưu hóa quy trình hậu cần và lập lịch trình làm việc liên quan đến quản lý chuỗi cung ứng của họ Các mô hình hoạt động cần liên tục tính toán và tính toán lại các tuyến đường tối ưu về quản lý giao thông, hoạt động của đội bay,kiểm soát không lưu, vận chuyển hàng hóa và phân phối, và điều đó có thể có tác động quan trọng đến nhiều trường hợp Thông thường, để thực hiện những công việc này, người ta sử dụng máy tính thông thường; tuy nhiên, một số trong số chúng có thể trở nên phức tạp hơn đối với một giải pháp tính toán lý tưởng, trong khi cách tiếp cận lượng tử có thể làm được điều đó Hai cách tiếp cận lượng tử phổ biến có thể được sử dụng để giải quyết những vấn đề như vậy là ủ lượng tử và máy tính lượng tử phổ quát. Ủ lượng tử là một kỹ thuật tối ưu hóa tiên tiến được kỳ vọng sẽ vượt qua các máy tính truyền thống Ngược lại, máy tính lượng tử phổ thông có khả năng giải quyết tất cả các dạng bài toán tính toán, tuy nhiên chưa có giá trị thương mại
Hình 5.4: Ứng dụng trong Logistics
5.5 Giải quyết ùn tắc giao thông
Thông thường việc điều tiết giao thông bằng những máy tính hiện nay thường chỉ đáp ứng được yêu cầu khi không xảy ra ùn tắc, thậm chí chúng vẫn cần có sự can thiệp của con người để thực hiện công việc vất vả này.
Với sự có mặt của máy tính lượng tử thì mọi hoạt động trên đường phố đều được xử lý một cách chớp nhoáng, ngoài ra những cỗ máy này có thể đưa ra lộ trình di chuyển của các phương tiện giao thông trong những giờ cao điểm ở mọi điểm nóng trong thành phố Tất nhiên, hệ thống này là hoàn toàn tự động.
Hình 5.5: Ứng dụng trong giải quyết ùn tắc giao thông
Mô phỏng phân tử đã là một lĩnh vực quan trọng trong sinh học và hóa học, vì nó giúp chúng ta hiểu cấu trúc của các phân tử và cách chúng tương tác với nhau và cũng giúp chúng ta khám phá các phân tử mới
Mặc dù các máy tính cổ điển ngày nay có thể mô phỏng các động lực học phân tử, nhưng lại luôn hạn chế trong việc mô phỏng các phân tử phức tạp nhất định Máy tính lượng tử có thể phá vỡ rào cản này một cách hiệu quả Cho đến nay, chúng mới được sử dụng để mô phỏng các phân tử nhỏ, như beryllium hydride (BeH2) chẳng hạn Có vẻ không đáng kể, nhưng thực tế rằng, nếu máy tính lượng tử mạnh hơn, nó có thể chạy các mô phỏng phân tử cực kỳ phức tạp Điều này là do sức mạnh xử lý của máy tính lượng tử tăng theo cấp số mũ khi số lượng qubit tăng lên.
Hình 5.6: Ứng dụng trong mô phỏng phân tử
Đánh giá chung và cuộc chạy đua máy tính lượng tử
Máy tính lượng tử có tiềm năng cách mạng hóa nhiều lĩnh vực khác nhau và có tác động sâu rộng đến xã hội Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là máy tính lượng tử vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu và có thể sẽ mất một thời gian nữa trước khi chúng được phổ biến và triển khai rộng rãi.
Lĩnh vực điện toán lượng tử đang phát triển nhanh chóng và có nhiều nỗ lực nghiên cứu tích cực tập trung vào việc xây dựng và cải tiến máy tính lượng tử Trong thời gian tới, rất có thể máy tính lượng tử sẽ được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ chuyên biệt trong các lĩnh vực như tài chính, hóa học và khoa học vật liệu, nơi chúng có thể mang lại những lợi thế đáng kể so với máy tính cổ điển.
Máy tính lượng tử có thể đóng góp rất lớn trong các lĩnh vực tài chính, công tác quân sự, tình báo, thiết kế và phát hiện ma túy, thiết kế hàng không vũ trụ, năng lượng hạt nhân, thiết kế polymer, trí tuệ nhân tạo (AI) và Big Data.
Qui mô thị trường tiềm năng của nó đã lôi kéo một số công ty công nghệ nổi bật nhất về hoạt động trong lĩnh vực máy tính lượng tử, bao gồm IBM, Microsoft, Google, D-Waves Systems, Alibaba, Nokia, Intel, Airbus, HP, Toshiba, Mitsubishi,
SK Telecom, NEC, Raytheon, Lockheed Martin, Rigetti, Biogen, Volkswagen và Amgen.
Về lâu dài, máy tính lượng tử có thể trở nên phổ biến rộng rãi hơn và được sử dụng cho nhiều ứng dụng hơn Ví dụ, chúng có thể được sử dụng để thực hiện các mô phỏng và tính toán phức tạp trong các lĩnh vực như chăm sóc sức khỏe, năng lượng và giao thông vận tải Cũng có khả năng máy tính lượng tử có thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề hiện được coi là rất khó giải quyết đối với máy tính cổ điển.
6.2 Cuộc chạy đua của máy tính lượng tử:
Tháng 11/2021, IBM ra mắt Eagle, chip lượng tử mạnh nhất thế giới khi đó với
127 qubit Eagle là bộ xử lý đầu tiên của hãng có sức mạnh vượt xa tầm với của siêu máy tính truyền thống - cột mốc được gọi là lợi thế lượng tử Quan trọng hơn, Eagle mở ra cơ hội giúp máy tính lượng tử đến gần hơn với ứng dụng thực tế.
Trong nhiều năm, rào cản ngăn máy tính lượng tử bước vào thế giới thực là chúng rất dễ bị lỗi khi xử lý, làm xáo trộn các bit lượng tử khiến kết quả cuối cùng bị sai Do đó, chúng cần có khả năng sửa những lỗi đó nhanh và chính xác hơn.
Giữa tháng 6, IBM công bố nghiên cứu mới cho thấy những lỗi máy tính lượng tử thường gặp kể trên có thể được giảm thiểu đáng kể IBM đã sử dụng Eagle và một máy tính mạnh nhất cùng xử lý các mô hình vật lý phức tạp Khi quy mô của mô hình tăng lên, hệ thống chạy Eagle vẫn hoạt động chính xác, còn máy tính bình thường cuối cùng không thể theo kịp.
“Đây là lần đầu chúng tôi thấy máy tính lượng tử mô hình hóa chính xác một hệ thống vật lý trong thực tế”, Darío Gil, Phó chủ tịch cấp cao kiêm Giám đốc bộ phận nghiên cứu của IBM, cho biết “Đây là cột mốc quan trọng chứng minh máy tính lượng tử ngày nay có thể được sử dụng để mô hình hóa các vấn đề cực kỳ khó, có lẽ là không thể, ngoài đời thực Nó báo hiệu chúng ta đang bước vào một kỷ nguyên mới tiện ích cho điện toán lượng tử”.
Sabrina Maniscalco, CEO công ty khởi nghiệp điện toán lượng tử Algorithmiq, đánh giá Eagle mở ra thời kỳ mới trong ứng dụng điện toán lượng tử vào thực tế.
“Những cỗ máy đó đang đến”, Maniscalco nói.
Microsoft trong cuộc đua máy tính lượng tử:
Ngày 21/6, Microsoft thông báo đang trong quá trình xây dựng siêu máy tính lượng tử đầu tiên sau nhiều năm đổ hàng trăm triệu USD cho nghiên cứu công nghệ.
“Microsoft đã đạt cột mốc quan trọng đầu tiên, hướng tới tạo ra một máy tính lượng tử đáng tin cậy áp dụng trong thực tế”, Microsoft viết trên blog công ty “Với cỗ máy, cuối cùng chúng tôi sẽ trao quyền cho các nhà nghiên cứu giải quyết những vấn đề khó khăn nhất mà hành tinh của chúng ta phải đối mặt”.
Theo hãng phần mềm, siêu máy tính lượng tử của hãng có thể thực hiện một triệu phép tính lượng tử mỗi giây CEO Microsoft Satya Nadella cho biết mục tiêu của công ty là “nén 250 năm tiếp theo của hóa học và khoa học vật liệu vào 25 năm tới”.
Theo Krysta, công ty phần mềm Mỹ không mô tả chi tiết cách siêu máy tính mới hoạt động thế nào Việc xây dựng siêu máy tính lượng tử sẽ hoàn thành trong thập kỷ tới.
Tìm hiểu về máy tính lượng tử của hãng D-Wave
D-Wave One: Vào tháng 5 năm 2011, hãng D-Wave đã công bố D-Wave One, là “máy tính lượng tử thương mại đầu tiên của thế giới” hoạt động với hệ thống 128 qubits.
Số qubit này phân thành 16 ngăn, mỗi ngăn 8 qbits và được tạo ra bởi các vòng siêu dẫn, sử dụng ủ lượng tử (Quantum Annealing) để tối ưu hóa cách giải quyết các vấn đề
D-Wave Two: D-Wave Two là máy tính lượng tử thương mại thứ hai, ó là một chiếc hộp đen cao 3 mét, bên trong chứa con chip máy tính niobium được làm lạnh ở -
273 độ C Kế thừa cho thế hệ đầu tiên, D-Wave One Cả hai đều được phát triển bởi D-Wave Systems D-Wave Two tự hào có con chip 512 qubits, một cải tiến lớn so với D-Wave One, chỉ có 128 qubits.
Theo lý thuyết, D-Wave có khả năng giải quyết được những vấn đề mà các siêu máy tín phải mất vài thế kỷ mới làm được trên nhiều lĩnh vực, từ mật mã tới công nghệ nano, từ dược phẩm tới trí thông minh nhân tạo
Các bài kiểm tra được đặt ra dựa trên ưu thế của máy tính lượng tử so với máy tính thông thường Điển hình như là vấn đề phân tích độ cao thấp của cảnh quan có nhiều đồi núi Quá trình này sẽ mất thời gian khá lâu Trong khi đó, máy tính lượng tử chọn một cách rất riêng được ví như là “tạo một đường hầm” nhằm tìm ra được ngọn núi thấp nhất và dĩ nhiên, quá trình thực hiện vô cùng nhanh chóng
Tuy nhiên, vấn đề ở đây là các thử nghiệm chưa đủ khó khăn để so sánh ưu thế vượt trội của máy tính lượng tử so với máy tính thông thường Điều này đã tạo nên sự nghi ngờ rằng hoặc D-Wave chưa đủ điều kiện để trở thành máy tính lượng tử, hoặc con người chưa tạo ra được các bài kiểm tra nhằm “ép” D-Wave hoạt động hết công suất
D-Wave có rất ít các khách hàng do tính rủi ro của dự án và cái giá quá đắt: từ
10 đến 15 triệu đô la Chủ yếu chỉ có những tổ chức chính phủ, quốc phòng, nhằm tiến hành thực nghiệm lẫn nghiên cứu lý thuyết Theo báo cáo thì gần đây Google cũng đã bắt tay với NASA nhằm thực hiện nghiên cứu điện toán lượng tử bằng cỗ máy D-Wave
Hình 7: Máy tính lượng tử hãng D-Wave
Đánh giá ưu, nhược điểm của máy tính lượng tử
Máy tính lượng tử sẽ có thể thực hiện bất kỳ nhiệm vụ mà một máy tính cổ điển có thể làm Nếu chúng ta sử dụng các thuật toán cổ điển trên một máy tính lượng tử, nó sẽ chỉ đơn giản là thực hiện các tính toán một cách tương tự như một máy tính cổ điển
Máy tính lượng tử quy mô lớn sẽ có khả năng giải được các vấn đề phức tạp một cách nhanh hơn bất kỳ một máy tính cổ điển sử dụng các thuật toán tốt nhất hiện nay, như mô phỏng hệ lượng tử nhiều hạt Cũng có những thuật toán lượng tử, như thuật toán Simon, cho phép máy tính hoạt động nhanh hơn bất kỳ một máy tính dựa trên thuật toán xác suất cổ điển Được sử dụng trong các ngành khoa học cần độ xử lý cao và tốc độ lớn, dữ liệu nhiều như: trung tâm khí tượng thủy văn, y khoa,…
Hacker sử dụng để bẻ khóa bảo mật
Giáo sư Murdin cho rằng: “Máy tính lượng tử có thể giải quyết một số vấn đề hiệu quả hơn nhiều so với máy tính thông thường và chúng đặc biệt hữu ích cho an ninh bởi vì họ có thể nhanh chóng giải mã só hiện có và tạo ra các mã không thể giải”.
Khó tách tín hiệu khỏi nhiễu khi có nhiệt độ cao
Khó điều khiển bởi cần phải phát triển thuật toán lượng tử đặc biệt với cấu trúc hoàn toàn khác so với phần mềm máy tính thông thường
Việc tăng thêm các qubit khiến cho chúng hoạt động không ổn định và dễ sai sót hơn do sai số trong việc đo lường các trạng thái tăng lên.
TỔNG KẾT
Thông qua bài báo cáo chúng ta có cái nhìn tổng quát về máy tính lượng tử, đồng thời nhìn nhận được những giá trị mà nó đem lại trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống hiện đại ngày nay Như vậy có thể thấy máy tính lượng tử có tiềm năng cách mạng hóa nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực nghiên cứu Khi công nghệ này tiếp tục phát triển, chúng ta có thể mong đợi sẽ thấy những tiến bộ đáng kể trong khoa học, công nghệ và xã hội. Đồng thời sau khi trải qua quá trình nghiên cứu và làm báo cáo, tuy vẫn còn gặp một vài khó khăn nhưng nhóm đã cùng nhau tìm được giải pháp phù hợp, từ đó nâng cao ý thức trách nhiệm cá nhân và kỹ năng làm việc nhóm, tạo nền tảng cho các công việc tương lai sau này.
Lời cuối cùng, nhóm xin gửi lời cảm ơn đến thầy và cô đã hướng dẫn nhóm trong suốt quá trình thực hiện đề tài Sự giúp đỡ, hướng dẫn của thầy cô cùng sự góp ý của mọi người sẽ là một phần không thể thiếu cho kết quả của nhóm Xin trân trọng cảm ơn!
