Máy tính lượng tử là gì? Máy tính lượng tử có thể là một lĩnh vực còn khá xa lạ đối với nhiều người, tuy nhiên hiện nay nó đã được ứng dụng khá nhiều vào các lĩnh vực khác nhau bao gồm tài chính, chăm sóc sức khỏe, an ninh mạng,… Chính vì thế, ngay từ bây giờ, bạn nên bắt đầu tìm hiểu về nó trước khi quá muộn. Để giúp các bạn có cái nhìn khái quát hơn về khái niệm, cấu tạo và cách thức hoạt động của máy tính lượng tử, bài viết này sẽ cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết nhất.

Máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử hay còn được biết đến là siêu máy tính lượng tử. Đây là một thiết bị tính toán thực hiện các phép toán trên dữ liệu trực tiếp bằng cách sử dụng các hiệu ứng cơ lượng tử như chồng chất lượng tử và vướng víu. Phần cứng của máy tính lượng tử khác với phần cứng của máy tính kỹ thuật số dựa trên bóng bán dẫn. 

Không giống như máy tính kỹ thuật số, đòi hỏi dữ liệu phải được mã hóa thành các chữ số nhị phân (bit), mỗi chữ số được gán cho một trong hai trạng thái (0 hoặc 1), máy tính lượng tử sử dụng qubit (bit lượng tử) có thể ở dạng chồng chất lượng tử. Trong tương lai, máy tính lượng tử được cho là sẽ giúp ngành khoa học máy tính có những tiến bộ vượt bậc. 

Quá trình hình thành và phát triển của máy tính lượng tử là gì?

Công nghệ máy tính lượng tử được nêu ra lần đầu tiên vào 1980 bởi Yuri Manin và 1982 bởi Richard Feynman. Khi khái niệm không thời gian lượng tử được đưa ra vào năm 1969, các máy tính lượng tử với đặc tính spin đại diện cho các bit lượng tử cũng được hình thành. 

D-Wave, một công ty của Canada, đã công bố chiếc máy tính lượng tử đầu tiên trên thế giới vào năm 2007. Bấy giờ, D-Wave One là hãng tiên phong thương mại hóa. Theo mô tả của nhóm xây dựng, máy tính lượng tử sử dụng quá trình “phép tôi luyện lượng tử” với hệ thống 128 qubit. 

Số qubit này được chia thành 16 ngăn, mỗi ngăn chứa 8 qubit và được tạo thành bởi các vòng siêu dẫn. Nếu bạn nghiên cứu kỹ quá trình hình thành và phát triển của máy tính lượng tử là gì, bạn có lẽ đã biết tính đến năm 2014, tính toán lượng tử vẫn còn sơ khai, nhưng nhiều thí nghiệm nhằm thực hiện các phép tính lượng tử trên một số lượng nhỏ qubit vẫn được tiến hành.

Đồng thời, nhiều chính phủ và quân đội đã hỗ trợ nghiên cứu thiết bị này cho các mục đích dân sự và an ninh, chẳng hạn như phân tích mã. 

Cuộc chạy đua phát triển máy tính lượng tử

Tại Mỹ, thương hiệu Microsoft đã đầu tư rất nhiều vào việc phát triển máy tính lượng tử với thiết kế mới lạ, hứa hẹn đưa loại máy tính này đến gần hơn với mục đích thương mại hóa. Hơn nữa, các công ty công nghệ nổi tiếng ở Hoa Kỳ, chẳng hạn như Amazon, IBM và những công ty khác sau khi biết tầm quan trọng của máy tính lượng tử là gì, đã đầu tư đáng kể vào việc phát triển máy tính lượng tử.

Về vấn đề này, Trung Quốc đã chi 10 tỷ USD cho việc xây dựng Phòng thí nghiệm Quốc gia về Khoa học Thông tin Lượng tử (BAQIS). Đồng thời, các nhà khoa học Trung Quốc tuyên bố vừa hoàn thành việc chế tạo một máy tính lượng tử nhanh hơn 100 triệu lần so với siêu máy tính tiên tiến nhất thế giới, đánh dấu bước ngoặt đầu tiên trong nỗ lực phát triển công nghệ lượng tử của Trung Quốc.

Cuối năm 2019, Google đã thông báo rằng máy tính lượng tử của Google đã đạt được ưu thế lượng tử với một máy tính có thể thực hiện phép tính trong 200 giây. 

Đặc điểm của máy tính lượng tử là gì?

Do sử dụng các thuật toán tốt nhất hiện nay, máy tính lượng tử quy mô lớn sẽ có thể giải quyết các vấn đề phức tạp nhanh hơn bất kỳ máy tính cổ điển nào. Máy tính lượng tử không giống như máy tính thông thường, sử dụng qubit làm đơn vị thông tin cơ bản thay vì bit, có nghĩa là dữ liệu không còn được xử lý bởi các electron đi qua transistor mà bởi các nguyên tử “giam giữ”. 

Ưu điểm chính của qubit là chúng cho phép chồng chất lượng tử tuyến tính của hai trạng thái cơ bản (thường được ký hiệu là | 0> và | 1>). Ngược lại, nếu bạn hiểu rõ qubit trong máy tính lượng tử là gì, bạn sẽ thấy các bit chỉ có thể có một giá trị tại một thời điểm.

Do đó, thật dễ hiểu làm cách nào một qubit có thể là 0 và 1 cùng một lúc và theo các tỷ lệ khác nhau. Sự đa dạng về trạng thái này cho phép một máy tính lượng tử chỉ có 30 qubit thực hiện 10 tỷ phép toán dấu phẩy động mỗi giây, hay cao hơn khoảng 5,8 tỷ so với máy chơi game mạnh nhất PlayStation 5.

Cấu tạo máy tính lượng tử có gì đặc biệt?

Không giống như máy tính truyền thống, máy tính lượng tử có hình dạng khá độc đáo. Chúng nhìn giống như một chiếc đèn chùm lớn và các chuyên gia gọi đây là kiến trúc đèn chùm. Máy tính lượng tử, giống như máy tính thông thường, có lõi trung tâm, một siêu chip với các qubit được sắp xếp theo hình bàn cờ.

Cấu tạo đặc biệt của máy tính lượng tử là gì?

Các vi tụ điện làm bằng Niobi có độ cứng tương đương với Titanium được sử dụng trong lõi chip, cụ thể là qubit. Bởi vì các cực của qubit được tạo ra để dao động thay vì duy trì ở trạng thái cố định, máy tính lượng tử có nhiều khả năng xử lý hơn máy tính thông thường.

Con chip này được đặt trong trường vi sóng điện từ và hoạt động ở nhiệt độ cực lạnh, thậm chí gần bằng 0oK. Cách hiệu quả nhất và ít tốn kém nhất để đạt được ngưỡng nhiệt này là nhúng máy tính vào bồn nước heli lỏng.

Điểm khác biệt giữa máy tính thông thường và máy tính lượng tử là gì?

Điện toán truyền thống và lượng tử là hai thế giới song song với một số điểm tương đồng và nhiều điểm khác biệt, chẳng hạn như việc sử dụng qubit thay vì bit. Để hiểu rõ hơn điểm khác biệt giữa máy tính thông thường và máy tính lượng tử, hãy cùng xem xét ba trong số những điểm khác biệt đáng kể nhất dưới đây.

Ngôn ngữ lập trình

Ngôn ngữ lập trình của máy tính lượng tử là gì? Bởi vì máy tính lượng tử yêu cầu các thuật toán rất cụ thể nên chúng không có mã lập trình riêng. Mặt khác, các máy tính truyền thống có các ngôn ngữ chuẩn hóa như SQL, Java và Python…

Ứng dụng

Không giống như máy tính cá nhân, công nghệ máy tính lượng tử không nhằm mục đích sử dụng rộng rãi, hàng ngày. Những siêu máy tính lượng tử này phức tạp đến mức chúng chỉ có thể được sử dụng trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ.

Kiến ​​trúc

Kiến trúc của máy tính lượng tử là gì? Máy tính lượng tử có kiến trúc khá đơn giản so với máy tính thông thường và chúng không hề có bộ nhớ cũng như bộ xử lý. Máy tính lượng tử chỉ được tạo thành từ một vài qubit giúp nó hoạt động. 

Máy tính lượng tử hoạt động trong điều kiện nào?

Máy tính lượng tử cực kỳ nhạy cảm và yêu cầu các điều kiện về nhiệt độ, áp suất và cách nhiệt rất cụ thể để hoạt động bình thường. Lỗi đo lường có thể xảy ra nếu có sự tương tác với các hạt bên ngoài. Do đó, chúng được niêm phong và phải được vận hành bởi một máy tính tiêu chuẩn.

Để ngăn các nguyên tử va chạm, di chuyển hoặc tương tác với môi trường, công nghệ máy tính lượng tử phải đảm bảo không có áp suất khí quyển, nhiệt độ môi trường gần bằng không tuyệt đối (-273 ° C) và cách điện với từ trường của trái đất. 

Hơn nữa, do các hệ thống này chỉ hoạt động trong thời gian ngắn nên dữ liệu bị hỏng và không thể lưu trữ được khiến cho việc khôi phục dữ liệu trở nên khó khăn. Qua việc tìm hiểu điều kiện hoạt động của máy tính lượng tử là gì, chắc hẳn bạn đã hiểu được lý do máy tính lượng tử chưa thể ứng dụng rộng rãi đúng không.

Cách máy tính lượng tử hoạt động

Máy tính lượng tử giống như các loại máy tính ngày nay, sử dụng các mạch nhỏ để thực hiện các phép tính. Mặt khác, ba đặc tính cơ lượng tử là vướng víu, chồng chất và giao thoa được sử dụng để điều khiển các trạng thái Qubit. Hơn nữa, các hệ thống lượng tử cũng sử dụng các đặc tính lượng tử để tính toán. 

Nó sẽ xác định cụ thể trạng thái năng lượng thấp nhất trong liên kết phân tử, sau đó mô phỏng phân tử đó. Điều này cho phép tốc độ xử lý của máy tính nhanh hơn nhiều lần. Dự kiến trong tương lai, con người sẽ cải tiến để mở rộng quy mô các hệ thống lượng tử, cho phép chúng hoạt động tuần tự trong thời gian dài mà vẫn chịu được sai sót. 

Những ứng dụng đặc biệt của máy tính lượng tử là gì?

Nhiều ứng dụng đã được phát triển để đưa máy tính lượng tử đến gần hơn với đại chúng. Tất nhiên, phần lớn chúng đều rất vĩ mô, chẳng hạn như hỗ trợ dự báo thị trường, dự báo thời tiết, phân tích quỹ đạo tàu vũ trụ…

Chăm sóc sức khỏe 

Các nhà nghiên cứu tại Viện Ung thư Roswell Park đã phát triển một phương pháp tối ưu hóa xạ trị nhanh hơn 3-4 lần bằng máy tính lượng tử vào năm 2015. Kỹ thuật này cải thiện độ chính xác chẩn đoán so với các máy tính cơ bản được sử dụng ngày nay. 

Nếu bạn hiểu rõ cách thức hoạt động của máy tính lượng tử là gì, bạn cũng biết nguyên lý chồng chất giải thích tại sao máy tính lượng tử có thể mô phỏng các phân tử cực kỳ phức tạp theo những cách mà máy tính truyền thống không làm được. Đồng thời, nó cho phép các nhà khoa học tìm ra phương pháp chữa trị và nghiên cứu các loại thuốc nhanh chóng hơn bao giờ hết. Đây có thể được xem là nền tảng cho bước đột phá trong tương lai của y học.

An ninh mạng

Do sức mạnh tính toán vượt trội của mình, máy tính lượng tử có thể phá vỡ ngay cả những hệ thống mật mã an toàn nhất, chẳng hạn như RSA hoặc DSA. 

Tuy nhiên, nếu muốn biết rõ về ứng dụng của máy tính lượng tử là gì, bạn cũng nên biết loại máy tính này cũng tạo ra những tiến bộ trong mã hóa dữ liệu, chẳng hạn như sự ra đời của hệ thống Quantum Key Distribution (QKD) mới. Đây là một phương pháp mới để truyền thông tin nhạy cảm qua tín hiệu ánh sáng và phát hiện những kẻ xâm nhập hệ thống.

Dự báo thời tiết, di chuyển và vận chuyển

Việc đi lại hàng ngày sẽ thuận tiện hơn khi bạn có thể được dự đoán và đưa ra một con đường không chỉ nhanh nhất, giúp bạn không bị tắc đường trong nhiều giờ mà còn dự đoán được thời tiết nơi bạn sắp đến và nơi bạn sẽ đến. 

Đặc biệt, khi chúng ta biết rõ máy tính lượng tử là gì và có đủ khả năng đầu tư một máy tính lượng tử có thể hỗ trợ điều tiết giao thông thay cho con người, mọi thứ sẽ được tính toán ngay lập tức và các tuyến đường thay thế tốt hơn sẽ được đề xuất.

Trí tuệ nhân tạo

Cần có mạng nơ-ron để thiết bị trí tuệ nhân tạo có thể tiếp thu thông tin và hành động. Kết quả là khi áp dụng mạng lượng tử vào trí tuệ nhân tạo, máy móc sẽ có khả năng bắt chước nhanh hơn bình thường. Điều này cũng giải thích cho việc Google đầu tư nhiều vào nghiên cứu máy tính lượng tử của Google để cải thiện trí thông minh nhân tạo của mình.

Lời kết

Có thể thấy nếu bạn chỉ mới tìm hiểu máy tính lượng tử là gì, bạn sẽ thấy nó là một công nghệ còn khá mới và phức tạp. Tuy nhiên, dù máy tính lượng tử vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển ban đầu, nhưng ta có thể thấy tiềm năng to lớn thúc đẩy những tiến bộ trong vật lý, y học, toán học và nhiều lĩnh vực khác của nó.

Trên đây là tất cả các thông tin cần thiết giúp bạn hiểu hơn về máy tính lượng tử là gì. Hy vọng bài viết này đã giúp bạn biết thêm nhiều ứng dụng thú vị của máy tính lượng tử. Đừng quên theo dõi Website của Máy Chủ Sài Gòn mỗi ngày để cập nhật nhiều kiến thức bổ ích. Nếu bạn cần tư vấn về các sản phẩm máy chủ, máy trạm, linh kiện máy chủ,… hãy liên hệ với chúng tôi qua Hotline: 0976.638.715 hoặc Email: kinhdoanh@maychusaigon.vn nhé!