Máy tính lượng tử là gì ?
Là một loại máy tính khác biệt hoàn toàn so với máy tính truyền thống, thay vì hoạt động dựa trên hệ bit (0 hoặc 1), máy tính lượng tử sử dụng quantum bit (viết tắt qubit) - tên khác là bit lượng tử để xử lý thông tin, tính toán dữ liệu song song đồng thời.
Thành phần xử lý chính: bộ xử lý lượng tử, mạch siêu dẫn.
Khả năng đặc biệt (nôm na trạng thái) của qubit:
- Quantum Superposition (chồng chập/chồng chất lượng tử): có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc, không nhất thiết là 0 hoặc 1 mà còn là sự kết hợp của cả hai.
- Quantum Entanglement (vướng mắc/vướng víu lượng tử): qubit liên kết với nhau bất kể khoảng cách, khi qubit này thay đổi trạng thái thì qubit kia cũng thay đổi ngay giúp máy tính lượng tử có thể xử lý các phép tính phức tạp một cách hiệu quả.
Bộ xử lý lượng tử:
Thành phần quan trọng nhất trong máy tính lượng tự chính là bộ xử lý (Quantum Processing Unit - QPU), nó là "bộ não" của máy, nó sử dụng qubit như trên đã nói, các bài toán phức tạp mà máy tính thông thường phải mất hàng nghìn năm qua nó chỉ còn trong vài giây. Nó hoạt động dựa trên các nguyên tắc của cơ học lượng tử, điều khiển các hạt ở cấp độ nguyên tử và phân tử.
QPU chứa một chip lượng tử có kích thước tương tự như chip máy tính nhưng khác cấu trúc, nó bao gồm các qubit vật lý được sắp xếp theo nhiều cấu hình / cấu trúc khác nhau để giữ chúng cố định. Độ lạnh cần để vận hành nó hầu như là độ 0 tuyệt đối (Absolute Zero).
Bộ xử lý lượng tử phải được cô lập nghiêm ngặt khỏi môi trường xung quanh bằng hệ thống chân không cao với nhiệt độ cực lạnh. Khi các qubit bị hấp thụ ánh sáng hoặc nhiệt, trạng thái liên kết hoàn hảo của chúng có thể bị mất dẫn tới lỗi. Một số thành phần và hệ thống cần thiết để đảm bảo:
- Máy bơm chân không cao áp (cực cao).
- Hệ thống làm lạnh pha loãng.
- Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ thấp.
- Bảo vệ chống từ trường.
- Ống dẫn cho chất làm lạnh bao gồm heli lỏng, nitơ lỏng.
Mạch siêu dẫn:
Mạch siêu dẫn (Superconducting Circuit) có nhiệm vụ truyền dữ liệu đã được bộ xử lý lượng tử xử lý đến hệ thống đọc. Các mạch này cũng phải được làm lạnh xuống nhiệt độ khoảng ~10 mK (Milli-Kelvin) / tương đương -273,145 độ C hoặc -459,661 độ F, chỉ cao hơn độ 0 tuyệt đối khoảng 10 phần nghìn. Trên mạch này bao gồm các vật liệu siêu dẫn - thứ không hề có thể mua được trên thị trường, cho nên mạch siêu dẫn phải được làm theo các đơn đặt hàng.
Một số ứng dụng của máy tính lượng tử:
- Phân tích các luồng dữ liệu lớn: dựa vào khả năng của qubit, máy tính lượng tử có thể phân tích các luồng dữ liệu lớn đồng thời, có thể hình dùng bằng từ "khổng lồ".
- Phát triển các loại thuốc mới: chạy mô phỏng phân tử để tìm ra các loại thuốc mới hiệu quả hơn.
- Tối ưu khối lượng công việc: phân tích, xử lý các vấn đề phức tạp để đưa ra các phương hướng xử lý mới.
- Mật mã học: phá vỡ các thuật toán mã hóa thông dụng ở thời điểm hiện tại đồng thời dựa vào đó phát triển các thuật toán mới an toàn hơn.
- Trí tuệ nhân tạo: phát triển và tạo ra các mô hình AI thông minh, hiệu quả hơn.
- Vật liệu mới: tính toán năng lượng phân tử để phát triển các vật liệu mới.
- Năng lượng: phân tích và đưa ra các nguồn năng lượng mới so với hiện tại, hiệu quả hơn.
Thách thức ở hiện tại:
- Vì qubit rất nhạy cảm nên vùng không gian xung quanh để đặt máy tính lượng tử phải cực kì ổn định và không chịu ảnh hưởng bởi những tác động / hóa chất / v.v..
- Theo thời gian, máy tính lượng tử đang phát triển dần nhưng quy mô vẫn chưa đủ lớn nên sẽ còn xảy ra lỗi trong các phép tính.
- Máy tính lượng tử mang lại một khả năng sức mạnh tiềm tàng nên thuật toán lượng tử phải thật hiệu quả để khai phá tối đa được khả năng đó.
Sẽ còn cập nhật thêm ..
Nguồn: tổng hợp kiến thức, đang học thêm ..
Sửa lần cuối:
.
