So với máy tính kỹ thuật số, máy tính lượng tử ít được đề cập và có độ phổ biến hẹp. Tuy nhiên, đối với các chuyên gia và người yêu công nghệ, máy tính lượng tử đóng góp rất nhiều giá trị cho mọi lĩnh vực, ngành nghề.

Máy tính lượng tử là gì?

Định nghĩa về máy tính lượng tử

Máy tính lượng tử hay siêu máy tính lượng tử là một thiết bị ứng dụng các đặc tính của vật lý lượng tử nhằm lưu trữ dữ liệu và thực hiện các phép tính. Điều này giúp cho các tác vụ của người dùng diễn ra thuận lợi hơn so với các máy tính kỹ thuật số thông thường.

Máy tính lượng tử hoạt động thông qua nguyên tắc của thuyết lượng tử. Theo Investopedia, thiết bị này giúp giải thích tính chất của năng lượng, vật chất ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử.

Các thiết bị truyền thống như điện thoại thông minh hoặc laptop sẽ mã hóa thông tin dưới dạng “bit” nhị phân là 0 hoặc 1. Còn đối với máy tính lượng tử, đơn vị cơ bản trong bộ nhớ của chúng là bit lượng tử hoặc “qubit” (quantum bits). Đơn vị “qubit” được tạo ra dựa trên cơ chế vật lý, như spin của electron hoặc định hướng của photon.

Trong cùng thời điểm, các “qubit” được sắp xếp theo nhiều cách khác nhau. Tính chất này được gọi là chồng chất lượng tử. Bên cạnh đó, những “qubit” này cũng có thể liên kết với nhau thông qua hiện tượng “rối lượng tử”. Ví dụ: Một máy tính kỹ thuật số với 8 bit có thể biểu thị bất kỳ số nào từ 0 – 255. Trong khi đó, với 8 qubit, máy tính lượng tử có thể biểu diễn mọi số từ 0 – 255 cùng lúc.

Máy tính lượng tử và máy tính truyền thống

Để xử lý số lượng lớn các tổ hợp, người ta thường nhờ đến sự hỗ trợ của máy tính lượng tử, vì chúng có thể xử lý nhanh chóng trong một thời điểm nhất định. Chẳng hạn như: tìm con đường tốt nhất giữa hai vị trí hoặc thừa số nguyên tố của một con số khổng lồ.

Tuy nhiên, không thể vì thế mà phủ nhận tính năng của máy tính kỹ thuật số. Trong nhiều trường hợp, loại máy tính truyền thống này vẫn hoạt động tốt hơn máy tính lượng tử. Do đó, trong tương lai, ngành công nghệ hiện đại sẽ kết hợp cả hai loại máy tính này lại với nhau.

Tính chất của máy tính lượng tử

Có thể nói, máy tính lượng tử khá “nhạy cảm” với môi trường xung quanh. Khi gặp các hiện tượng về: trường điện tử, nhiệt độ hoặc va chạm với các phần tử trong không khí, một vài qubit sẽ mất đi tính lượng tử. Đây được gọi là quá trình suy giảm lượng tử, nếu nghiêm trọng, hệ thống này có thể bị sụp đổ.

Vì vậy, máy tính lượng có nhiệm vụ bảo vệ các qubit khỏi những tác nhân bên ngoài. Chúng khu biệt các qubit ở trạng thái mát hoặc điều chỉnh bằng các xung năng lượng được theo dõi cẩn thận.

Lợi ích của máy tính lượng tử

Những máy tính lượng tử quy mô lớn hỗ trợ người dùng đơn giản hóa các vấn đề phức tạp nhanh hơn so với máy tính truyền thống. Chúng áp dụng các thuật toán siêu đẳng để phân tích số tự nhiên thành tích các số nguyên tố (thuật toán Shor), hoặc mô phỏng hóa hệ lượng tử nhiều hạt.

Ngoài ra, máy tính lượng tử cũng sử dụng các thuật toán khác như Simon, thuật toán lượng tử. Điều này giúp máy tính hoạt động với tốc độ nhanh hơn so với máy tính kỹ thuật số. Theo đội nghiên cứu tại Santa Barbara thuộc Đại học California, máy tính lượng tử có khả năng xử lý một bài toán số học chỉ trong 200 giây. Trong khi đó, Summit – siêu máy tính nhanh nhất thế giới phải cần đến hơn 2 ngày để thực hiện điều này.

Hình dạng của máy tính lượng tử

Khác với các loại máy tính thông thường, máy tính lượng tử có phần thiết kế khá độc đáo. Chúng có hình dạng khá giống một chiếc đèn chùm khổng lồ với màu sắc phản quang. Chất liệu cấu thành máy tính lượng tử là dây và ống đồng. Những chuyên gia xác định cấu trúc của loại máy tính này là “cấu trúc đèn chùm”.

Tương tự với các loại máy tính khác, máy tính lượng tử có một nhân chip là các qubit. Hệ thống nhân chip được sắp xếp theo dạng một bàn cờ vua. Các qubit chính là những vi tụ điện được làm từ chất liệu Niobium – nguyên tố hóa học cứng ngang Titan. Ngoài ra, cực của qubit không duy trì ở một trạng thái nhất định, chúng có khả năng dao động liên tục. Đây chính là lý do vì sao máy tính lượng tử lại có tốc độ xử lý nhanh hơn máy tính truyền thống. Giữa các qubit là những khớp nối được tạo nên bởi resonator (ăng-ten phản ứng với vi sóng). Vì vậy, các khớp nối này có khả năng điều chỉnh một cách dễ dàng.

Như đã đề cập ở phía trên, qubit không thể chịu tác động bởi các tác nhân bên ngoài. Vì vậy, trong môi trường vi sóng điện tử, con chip phải được hoạt động ở nhiệt độ lạnh (gần như là 0 độ K). Để đạt được mức độ này, máy tính lượng tử sẽ được nhấn chìm trong bể Heli lỏng. Máy tính lượng tử của IBM có nhiệt độ là 0,015 Kelvin.

Nguyên lý hoạt động

Máy tính lượng tử xử lý các phép tính thông qua các vi mạch nhỏ. Để điều chỉnh trạng thái hoạt động của qubit, máy tính sẽ làm việc theo 3 cơ chế: chồng chất, rối lượng tử và giao thoa.

Trong liên kết phân tử, máy tính lượng tử xác định trạng thái trạng thái năng lượng thấp nhất và mô phỏng lại phân tử đó. Hoạt động này được gọi là thuộc tính lượng tử phục vụ cho các phép tính.

Một số ứng dụng của máy tính lượng tử

Dự đoán thời tiết

Với hệ thống tính toán chính xác và tốc độ phản hồi nhanh, máy tính điện tử được ứng dụng trong lĩnh vực dự đoán thời tiết. Loại máy tính này có khả năng đoán trước thời tiết trong vòng vài năm. Điều này giúp con người biết trước được quá trình biến đổi khí hậu và thiên tai để chủ động phòng tránh.

Điều phối giao thông

Máy tính lượng tử có khả năng đưa ra các phán đoán về những tuyến đường phù hợp. Chúng giúp tài xế chọn lựa được tuyến đường tối ưu nhất. Nhờ đó, xe sẽ lưu thông dễ dàng hơn, nhất là trong các khung giờ cao điểm. Mọi vấn đề trên đường phố sẽ được xử lý nhanh gọn với sự góp mặt của máy tính lượng tử.

Y học

Máy tính lượng tử hoạt động theo cơ chế chồng chất nên chúng có khả năng phân tích các phân tử hiệu quả hơn, thậm chí là các phân tử được cấu tạo phức tạp. Bên cạnh đó, chúng còn hỗ trợ y, bác sĩ tìm ra những phương pháp chữa trị và nghiên cứu mới, tạo nên một bước đột phá trong lĩnh vực y học hiện đại.

Trí tuệ nhân tạo

Những thiết bị trí tuệ nhân tạo chỉ có thể hoạt động dựa trên một lưới thần kinh. Hệ thống này giúp chúng học được các hành động, thông tin của con người. Với sự trợ giúp của máy tính lượng tử, quá trình này sẽ được thúc tiến nhanh hơn. Minh chứng cho việc này là Google đã tập trung phát triển máy tính lượng tử để cải thiện Google AI.

Các nhà nghiên cứu dự đoán máy tính lượng tử sẽ được nâng cấp quy mô và tạo ra những bước phát triển mới, giúp con người xử lý các tác vụ phức tạp, khó khăn hơn. Có thể nói, đây là một tín hiệu rất đáng mừng cho tương lai của ngành khoa học máy tính.

Những câu hỏi thường gặp về máy tính lượng tử

Mọi thắc mắc và góp ý liên quan, xin vui lòng liên hệ ngay Tino Group để được tư vấn chi tiết hoặc Fanpage để cập nhật những thông tin mới nhất nhé!

Tinh gọn quy trình – chạm đỉnh doanh thu – Tino Group tự tin đồng hành cùng doanh nghiệp Việt trên hành trình chuyển đổi số!

CÔNG TY CỔ PHẦN TẬP ĐOÀN TINO

• Trụ sở chính: L17-11, Tầng 17, Tòa nhà Vincom Center, Số 72 Lê Thánh Tôn, Phường Bến Nghé, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh
• Tổng đài miễn phí: 1800 6734
• Email: info@tino.org
• Website: www.tino.org