Tất cả chúng ta đều đã từng nghe đến từ máy tính lượng tử, nhưng nhìn chung rất ít người biết nó thực sự là gì. Đối với nhiều người, điều đầu tiên nghĩ đến là một máy tính cá nhân rất mạnh, có thể thực hiện bất kỳ tác vụ nào nhưng ở tốc độ tối đa, nhưng nó không phải là một máy tính siêu mạnh đơn giản, Nó còn nhiều hơn thế nữa.
Mặc dù đây là những cỗ máy hoàn toàn ngoài tầm với của công chúng, chúng tạo ra rất nhiều sự tò mò. Trong bài viết này, chúng tôi giải thích máy tính lượng tử là gì và nó thường được sử dụng để làm gì và các hiện tượng lượng tử dựa trên sức mạnh của nó là gì.
Máy tính lượng tử là gì?
Máy tính lượng tử là những cỗ máy khổng lồ tận dụng một số hiện tượng của cơ học lượng tử để đạt được sự gia tăng lớn về sức mạnh xử lý. Máy tính lượng tử có khả năng khiến bất kỳ siêu máy tính để bàn truyền thống nào trở nên trầy xước. Một thứ thường được gọi là quyền tối cao lượng tử.
Điều này có nghĩa là tất cả chúng ta sẽ kết thúc với việc có một máy tính lượng tử ở nhà để lướt internet hoặc chơi trò chơi điện tử? Tuyệt đối không. Máy cổ điển sẽ tiếp tục là giải pháp thông thường vừa để giải quyết các vấn đề của chúng ta vừa là cơ sở để chúng ta giải trí tương tác. Cũng tiết kiệm nhất.
Máy tính lượng tử hứa hẹn sẽ là động lực thúc đẩy nhiều lĩnh vực công nghệ tiến bộ, chẳng hạn như khoa học, y học hoặc di truyền học. Một số công ty đã bắt đầu sử dụng chúng để phát triển các sản phẩm mới của họ, chẳng hạn như vật liệu mới nhẹ hơn và bền hơn để thay thế hoàn toàn nhiên liệu nhiệt.
Máy tính lượng tử hoạt động như thế nào?
Những máy này họ không dựa trên sức mạnh của họ trên phần cứng thông thường, giống như thứ mà chúng ta có thể tìm thấy trong máy tính gia đình, nó không phải là về card đồ họa và bộ xử lý quy mô lớn, nó còn hơn thế nữa, cả về số lượng và độ phức tạp. Bí mật về sức mạnh của máy tính lượng tử nằm ở khả năng tạo ra và thao tác các bit lượng tử hoặc qubit.
Qubit là gì?
Máy tính truyền thống sử dụng bit, megabyte, gigabit…. Một dòng xung điện hoặc xung quang đại diện cho một và không. Toàn bộ thế giới ảo từ một email, một trang web hay một bộ phim mà chúng ta xem trực tuyến, đều cần thiết cho một chuỗi dài các số không và số không.
Máy tính lượng tử sử dụng qubit, các hạt hạ nguyên tử như electron hoặc photon. Cách tiếp cận của một số công ty như Google dựa trên các mạch siêu dẫn được làm mát ở nhiệt độ thấp hơn không gian sâu. Những người khác bẫy các nguyên tử riêng lẻ trong trường điện từ trên một chip silicon, trong một buồng chân không. Trong cả hai trường hợp, mục tiêu là cô lập các qubit đến trạng thái lượng tử được kiểm soát.
Qubit có một số thuộc tính đặc biệt, khiến một nhóm trong số chúng có khả năng cung cấp sức mạnh xử lý cao hơn nhiều so với cùng một số bit nhị phân. Quan trọng nhất được gọi là chồng chất và rối lượng tử.
Chồng chất lượng tử là gì?
Sự chồng chất lượng tử xảy ra trong tự nhiên, khi một hạt cơ bản đồng thời sở hữu hai hoặc nhiều trạng thái, như xảy ra với các photon, họ có thể ở hai nơi khác nhau cùng lúc, một điều không thể tưởng tượng được trong thế giới vật chất thông thường.
Tính chất này cũng được quan sát thấy trong các hạt khác như electron hoặc neutron, trong nguyên tử hoặc thậm chí trong các phân tử nhỏ. Cuộc hành trình này đã khiến các nhà khoa học tự hỏi đâu là ranh giới giữa thế giới lượng tử và cái mà chúng ta gọi là thế giới thực, khi một hạt không còn là lượng tử và phải tuân theo các định luật vật lý đã biết.
Nhờ hiện tượng này, một máy tính lượng tử với một số qubit chồng lên nhau có thể đưa ra một số lượng lớn các kết quả khả thi đồng thời.
Rối lượng tử
Bạn có thể tạo ra các cặp qubit "vướng víu", theo đó cả hai đều tồn tại ở cùng một trạng thái lượng tử. Thay đổi trạng thái của một trong các qubit nó sẽ ngay lập tức thay đổi trạng thái của nhau theo cách có thể đoán trước được, điều này xảy ra ngay cả khi bạn ở xa nhau.
Người ta không biết chắc chắn về cách thức hoặc lý do tại sao rối lượng tử thực sự hoạt động. Điều gì đó có thể khiến chính Albert Einstein nhầm lẫn, người sẽ mô tả nó là "một hành động đáng sợ ở khoảng cách xa". Sự vướng víu là rất quan trọng để máy tính lượng tử có được sức mạnh tuyệt vời của chúng. Trong một máy tính thông thường, nhân đôi số bit sẽ tăng gấp đôi sức mạnh xử lý của nó. Trong trường hợp của một máy tính lượng tử, việc thêm các qubit bổ sung sẽ làm tăng dung lượng của nó theo cấp số nhân.
Những cỗ máy này tận dụng các qubit vướng vào một loại chuỗi hạt lượng tử để thực hiện các hoạt động. Khả năng của máy móc để tăng tốc độ tính toán với các thuật toán lượng tử được thiết kế đặc biệt là lý do tại sao chúng tạo ra nhiều hứng thú.
Nhưng không phải mọi thứ đều đặc biệt khi nói đến máy tính lượng tử, vì chúng rất dễ bị lỗi, do tính không nhất quán.
Không nhất quán
Đây là một hiện tượng khiến hành vi lượng tử phân rã và cuối cùng biến mất do tương tác của các qubit với môi trường của chúng, vì trạng thái lượng tử của chúng rất mong manh. Một rung động nhẹ hoặc thay đổi nhiệt độ có thể làm cho chúng thoát ra khỏi sự chồng chéo trước khi nhiệm vụ hoàn thành. Vì lý do này, qubit thường được lưu trữ trong tủ lạnh và buồng chân không ở nhiệt độ rất thấp.
Máy tính lượng tử của Google
Google không muốn bị bỏ lại phía sau khi nói đến công nghệ lượng tử, gã khổng lồ Bắc Mỹ đã phát triển một máy tính lượng tử có khả năng thực hiện một phép tính trong 200 giây, điều mà trong một siêu máy tính truyền thống sẽ phải mất mười nghìn năm. Đó là lý do tại sao nó tuyên bố rằng máy tính lượng tử là tương lai trước mắt. Mặc dù sự cạnh tranh của nó, IBM không hoàn toàn đồng ý.
Các nhà nghiên cứu trung lập cho thấy máy tính lượng tử của Google phải thực hiện một phép tính số ngẫu nhiên chỉ có thể thành công nếu tất cả các thành phần của máy tính hoạt động hài hòa hoàn hảo.
Google không có kế hoạch bị bỏ lại phía sau trong cuộc đua này và do đó hứa hẹn sẽ đầu tư nhiều vốn hơn vào công nghệ này. Trong trường hợp của Google, chúng tôi có thể đoán rằng đây sẽ là trường hợp, mặc dù IMB không có ý định ngồi yên vì hầu hết các nguồn lực của nó hiện đang được dành để cải thiện công nghệ này. Thời gian sẽ trả lời liệu chỉ riêng Google có đủ khả năng phát triển sức mạnh lượng tử hay không hay liệu Google có cần tham gia vào cuộc cạnh tranh của mình hay không.
Nó là một công nghệ mà có thể mang lại lợi ích cho tất cả chúng ta, trong việc phát triển các loại thuốc có khả năng chữa khỏi bệnh không thể chữa khỏi cho đến nay.