Điện toán lượng tử (Quantum computing) có thể thay đổi thế giới. Nó có thể biến đổi nền y học, phá vỡ mã hóa và cách mạng hóa thông tin liên lạc và trí tuệ nhân tạo. Các công ty như IBM, Microsoft và Google đang chạy đua để xây dựng các máy tính lượng tử đáng tin cậy. Trung Quốc đã đầu tư hàng tỷ USD vào công nghệ này.
Gần đây, Google tuyên bố rằng họ đã đạt được ưu thế lượng tử (quantum supremacy), lần đầu tiên một máy tính lượng tử vượt trội hơn một máy tính truyền thống. Nhưng điện toán lượng tử là gì? Và nó hoạt động như thế nào?
Điện toán lượng tử là gì?
Một chip máy tính thông thường sử dụng các bit. Chúng giống như các công tắc nhỏ, có thể ở vị trí tắt – được biểu thị bằng số 0 – hoặc ở vị trí bật – được biểu thị bằng số 1. Mỗi ứng dụng bạn sử dụng, trang web bạn truy cập và ảnh bạn chụp cuối cùng được tạo thành từ hàng triệu bit này trong một số kết hợp giữa số 1 và số 0.
Điều này hiệu quả với hầu hết mọi thứ, nhưng nó không phản ánh cách vũ trụ thực sự hoạt động. Về bản chất, mọi thứ không chỉ là bật hay tắt. Chúng là không chắc chắn. Và ngay cả những siêu máy tính tốt nhất cũng không giỏi đối phó với sự không chắc chắn. Đó là một vấn đề.
Trong thế kỷ qua, các nhà vật lý đã phát hiện ra khi bạn xuống một quy mô thực sự nhỏ, những điều kỳ lạ bắt đầu xảy ra. Họ đã phát triển một lĩnh vực khoa học hoàn toàn mới để thử và giải thích chúng. Nó được gọi là cơ học lượng tử.
Cơ học lượng tử là nền tảng của vật lý, làm nền tảng cho hóa học, là nền tảng của sinh học. Vì vậy, để các nhà khoa học mô phỏng chính xác bất kỳ điều gì trong số đó, họ cần một cách tính toán tốt hơn để có thể xử lý sự không chắc chắn. Và đó là sự cần thiết của máy tính lượng tử.
Ưu thế lượng tử là gì?
Máy tính lượng tử sẽ không nhanh hơn máy tính kỹ thuật số trong tất cả mọi thứ. Chúng ta biết rằng chúng sẽ nhanh trong việc xác định số lượng lớn (đây là tin xấu đối với bảo mật trực tuyến) và mô phỏng một số hệ thống vật lý như phân tử phức tạp (đây là tin tốt cho nghiên cứu y học). Nhưng trong nhiều trường hợp, chúng sẽ không có lợi thế và các nhà nghiên cứu vẫn đang tìm ra chính xác loại phép tính nào mà chúng có thể tăng tốc và bao nhiêu.
Ưu thế lượng tử (quantum supremacy) là tên được đặt cho điểm giả thuyết mà tại đó một máy tính lượng tử có thể thực hiện một phép tính mà không một máy tính kỹ thuật số có thể tưởng tượng được có thể thực hiện trong một khoảng thời gian hợp lý.
Các nhà nghiên cứu của Google hiện dường như đã thực hiện một phép tính như vậy, mặc dù bản thân phép tính này thoạt nhìn đã không hấp dẫn.
Nhiệm vụ là thực hiện một chuỗi lệnh ngẫu nhiên trên máy tính lượng tử, sau đó xuất ra kết quả xem xét các qubit của nó. Đối với số lượng hướng dẫn đủ lớn, điều này trở nên rất khó bắt chước với máy tính kỹ thuật số.
Hầu hết các đột phá lớn cho đến nay đều nằm trong các cài đặt được kiểm soát hoặc sử dụng các vấn đề mà chúng ta đã biết câu trả lời. Trong mọi trường hợp, đạt đến ưu thế lượng tử không có nghĩa là máy tính lượng tử thực sự sẵn sàng làm bất cứ điều gì hữu ích.
Các nhà nghiên cứu đã đạt được nhiều tiến bộ trong việc phát triển các thuật toán mà máy tính lượng tử sẽ sử dụng. Nhưng bản thân các thiết bị vẫn cần nhiều công việc hơn. Điện toán lượng tử có thể thay đổi thế giới – nhưng hiện tại, tương lai của nó vẫn chưa chắc chắn.
Nguồn: Internet.
