Thực đơn
trang chủChương trình

Máy tính lượng tử - nói một cách đơn giản, nguyên lý hoạt động là gì. Máy tính lượng tử sẽ thay đổi thế giới như thế nào

Tất cả các bạn đều quen với máy tính của mình: buổi sáng chúng ta đọc tin tức trên điện thoại thông minh, buổi chiều chúng ta làm việc với máy tính xách tay và buổi tối chúng ta xem phim trên máy tính bảng. Tất cả các thiết bị này đều có một điểm chung - bộ xử lý silicon bao gồm hàng tỷ bóng bán dẫn. Nguyên lý hoạt động của các bóng bán dẫn như vậy khá đơn giản - tùy thuộc vào điện áp được cung cấp, chúng ta nhận được điện áp khác nhau ở đầu ra, được hiểu là logic 0 hoặc logic 1. Để thực hiện các phép chia, cần có một sự thay đổi bit - Ví dụ: nếu chúng ta dịch chuyển nó sang trái 1 bit thì nó sẽ là 01101, và nếu bây giờ chúng ta dịch nó sang phải 1 bit thì nó sẽ là 01110. Và vấn đề chính nằm ở chỗ thực tế là đối với cùng một bộ phận, có thể cần đến vài chục hoạt động như vậy. Đúng, vì thực tế là có hàng tỷ bóng bán dẫn, một thao tác như vậy mất vài nano giây, nhưng nếu có nhiều thao tác, chúng ta sẽ mất thời gian cho những phép tính này.

Máy tính lượng tử hoạt động như thế nào

Máy tính lượng tử cung cấp một cách tính toán hoàn toàn khác. Hãy bắt đầu với định nghĩa:

Máy tính lượng tử -thiết bị tin học, sử dụng hiện tượngsự chồng chất lượng tửVàrối lượng tửđể truyền và xử lý dữ liệu.

Rõ ràng là nó vẫn chưa trở nên rõ ràng hơn chút nào. Sự chồng chất lượng tử cho chúng ta biết rằng một hệ thống, với một mức độ xác suất nào đó, tồn tại ở mọi trạng thái có thể có đối với nó (tất nhiên, tổng của tất cả các xác suất bằng 100% hoặc 1). Hãy xem xét điều này với một ví dụ. Thông tin trong máy tính lượng tử được lưu trữ dưới dạng qubit - trong khi các bit thông thường có thể có trạng thái 0 hoặc 1, thì một qubit có thể có trạng thái 0, 1, 0 và 1 cùng một lúc. Do đó, nếu chúng ta có 3 qubit, ví dụ 110, thì biểu thức tính bằng bit này tương đương với 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

Điều này mang lại cho chúng ta điều gì? Đúng tất cả! Ví dụ: chúng tôi có mật khẩu kỹ thuật số gồm 4 ký tự. Làm thế nào một bộ xử lý thông thường sẽ hack nó? Chỉ cần tìm kiếm từ 0000 đến 9999. 9999 trong hệ nhị phân có dạng 10011100001111, tức là chúng ta cần 14 bit để viết nó. Do đó, nếu chúng ta có một PC lượng tử với 14 qubit, chúng ta đã biết mật khẩu: xét cho cùng, một trong những trạng thái có thể có của một hệ thống như vậy là mật khẩu! Kết quả là, tất cả các vấn đề mà ngay cả siêu máy tính ngày nay cũng phải mất nhiều ngày để tính toán sẽ được giải quyết ngay lập tức bằng cách sử dụng hệ thống lượng tử: bạn có cần tìm một chất có những đặc tính nhất định không? Không vấn đề gì, hãy tạo một hệ thống có cùng số lượng qubit theo yêu cầu của bạn đối với vật chất - và câu trả lời sẽ có sẵn trong túi của bạn. Bạn có cần tạo AI (trí tuệ nhân tạo không? Không thể đơn giản hơn: trong khi một PC thông thường sẽ thử tất cả các kết hợp thì máy tính lượng tử sẽ hoạt động với tốc độ cực nhanh, chọn ra câu trả lời đúng nhất.


Có vẻ như mọi thứ đều tuyệt vời, nhưng có một vấn đề quan trọng - làm thế nào để chúng ta tìm ra kết quả của các phép tính? Với một PC thông thường, mọi thứ đều đơn giản - chúng ta có thể lấy nó và đọc nó bằng cách kết nối trực tiếp với bộ xử lý: logic 0 và 1 ở đó chắc chắn được hiểu là sự vắng mặt và hiện diện của điện tích. Nhưng điều này sẽ không hoạt động với qubit - xét cho cùng, tại mọi thời điểm, nó đều ở trạng thái tùy ý. Và đây chính là lúc sự vướng víu lượng tử trợ giúp chúng ta. Bản chất của nó nằm ở chỗ bạn có thể có được một cặp hạt được kết nối với nhau (theo thuật ngữ khoa học - ví dụ, nếu hình chiếu spin của một hạt vướng víu là âm thì hạt kia chắc chắn sẽ dương). Nó trông như thế nào trên ngón tay của bạn? Giả sử chúng ta có hai hộp, mỗi hộp chứa một mảnh giấy. Chúng tôi mang những chiếc hộp đến bất kỳ khoảng cách nào, mở một trong số chúng ra và thấy mảnh giấy trong đó có sọc ngang. Điều này tự động có nghĩa là mảnh giấy kia sẽ có sọc dọc. Nhưng vấn đề là ngay khi chúng ta biết trạng thái của một mảnh giấy (hoặc hạt) thì hệ lượng tử sẽ sụp đổ - sự bất định biến mất, qubit biến thành bit thông thường.

Do đó, các phép tính trên máy tính lượng tử về cơ bản là thực hiện một lần: chúng tôi tạo ra một hệ thống bao gồm các hạt vướng víu (chúng tôi biết các “nửa” còn lại của chúng nằm ở đâu). Chúng tôi thực hiện các phép tính và sau đó chúng tôi “mở hộp bằng mảnh giấy” - chúng tôi tìm ra trạng thái của các hạt vướng víu, và do đó, trạng thái của các hạt trong máy tính lượng tử, và do đó là kết quả của phép tính. Vì vậy, đối với các phép tính mới, bạn cần tạo lại qubit - chỉ cần “đóng hộp bằng mảnh giấy” sẽ không hiệu quả - xét cho cùng, chúng ta đã biết những gì được vẽ trên mảnh giấy.

Câu hỏi đặt ra - vì máy tính lượng tử có thể đoán ngay lập tức bất kỳ mật khẩu nào - làm thế nào để bảo vệ thông tin? Quyền riêng tư sẽ biến mất với sự ra đời của các thiết bị như vậy? Dĩ nhiên là không. Cái gọi là mã hóa lượng tử đã được giải cứu: nó dựa trên thực tế là khi bạn cố gắng “đọc” một trạng thái lượng tử, nó sẽ bị phá hủy, khiến cho mọi hành vi hack đều không thể thực hiện được.

Máy tính lượng tử tại nhà

Chà, câu hỏi cuối cùng - vì máy tính lượng tử rất tuyệt vời, mạnh mẽ và không thể hack được - tại sao chúng ta không sử dụng chúng? Vấn đề rất tầm thường - không thể thực hiện được hệ lượng tử trong điều kiện bình thường ở nhà. Để một qubit tồn tại ở trạng thái chồng chất vô thời hạn, cần có những điều kiện cực kỳ cụ thể: chân không hoàn toàn (không có các hạt khác), nhiệt độ càng gần 0 Kelvin (đối với tính siêu dẫn) và hoàn toàn không có bức xạ điện từ. (không ảnh hưởng đến hệ lượng tử). Đồng ý rằng ở nhà rất khó để tạo ra những điều kiện như vậy, nói một cách nhẹ nhàng, nhưng một sai lệch nhỏ nhất sẽ dẫn đến trạng thái chồng chất sẽ biến mất và kết quả tính toán sẽ không chính xác. Vấn đề thứ hai là làm cho các qubit tương tác với nhau - khi tương tác, thời gian tồn tại của chúng bị giảm đi một cách thảm hại. Do đó, tối đa cho ngày này là máy tính lượng tử có vài chục qubit.

Tuy nhiên, có những máy tính lượng tử từ D-Wave có 1000 qubit, nhưng nói chung, chúng không phải là máy tính lượng tử thực sự, vì chúng không sử dụng nguyên lý vướng víu lượng tử nên không thể hoạt động theo thuật toán lượng tử cổ điển:


Tuy nhiên, những thiết bị như vậy hóa ra lại mạnh hơn đáng kể (hàng nghìn lần) so với PC thông thường, đây có thể coi là một bước đột phá. Tuy nhiên, chúng sẽ không sớm thay thế thiết bị của người dùng - trước tiên chúng ta cần học cách tạo điều kiện cho hoạt động của các thiết bị đó ở nhà, hoặc ngược lại, “làm cho” các thiết bị đó hoạt động trong những điều kiện mà chúng ta quen thuộc. Các bước theo hướng thứ hai đã được thực hiện - vào năm 2013, máy tính lượng tử hai qubit đầu tiên đã được tạo ra trên kim cương tạp chất, hoạt động ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, than ôi, đây chỉ là nguyên mẫu và 2 qubit là không đủ để tính toán. Vì vậy, thời gian chờ đợi cho PC lượng tử vẫn còn rất rất dài.

Để tiết lộ ít nhiều bản chất của công nghệ máy tính lượng tử, trước tiên chúng ta hãy tìm hiểu về lịch sử của lý thuyết lượng tử.
Nó bắt nguồn từ hai nhà khoa học có kết quả nghiên cứu được trao giải Nobel: phát hiện ra lượng tử của M. Planck năm 1918 và phát hiện ra photon của A. Einstein năm 1921.
Năm mà ý tưởng về máy tính lượng tử ra đời là năm 1980, khi Benioff có thể chứng minh thành công tính đúng đắn của lý thuyết lượng tử trong thực tế.
Chà, nguyên mẫu đầu tiên của máy tính lượng tử được tạo ra bởi Gershenfeld và Chuang vào năm 1998 tại Viện Công nghệ Massachusetts (MTI). Nhóm nghiên cứu tương tự đã tạo ra những mô hình tiên tiến hơn trong hai năm tiếp theo.

Đối với một người không chuyên, máy tính lượng tử là một thứ gì đó hoàn toàn tuyệt vời về quy mô; nó là một cỗ máy tính toán, phía trước một chiếc máy tính thông thường giống như một chiếc bàn tính trước một chiếc máy tính. Và tất nhiên, đây là điều còn rất xa mới có thể thực hiện được.
Đối với một người gắn bó với máy tính lượng tử, đây là một thiết bị có nguyên lý hoạt động chung ít nhiều rõ ràng, nhưng còn rất nhiều vấn đề cần giải quyết trước khi có thể triển khai trên phần cứng và hiện nay có rất nhiều phòng thí nghiệm xung quanh. thế giới đang sử dụng những trở ngại này đang cố gắng vượt qua.
Trước đây đã có những tiến bộ về công nghệ lượng tử của các công ty tư nhân, bao gồm IBM và DWays.
Họ thường xuyên đưa tin về những diễn biến mới nhất trong lĩnh vực này hiện nay. Nghiên cứu chủ yếu được thực hiện bởi các nhà khoa học Nhật Bản và Mỹ. Nhật Bản, trong nỗ lực giành vị trí dẫn đầu thế giới về phần cứng và phần mềm, đã chi số tiền khổng lồ cho sự phát triển trong lĩnh vực này. Theo phó chủ tịch Hewlett-Packard, có tới 70% tổng số nghiên cứu được thực hiện ở đất nước mặt trời mọc. Máy tính lượng tử là một trong những bước đi mà công ty tập trung của họ hướng tới để đạt được vị trí dẫn đầu trên thị trường toàn cầu.

Điều gì giải thích mong muốn làm chủ những công nghệ này? Những lợi thế đáng kể không thể phủ nhận của chúng so với máy tính bán dẫn!

NÓ LÀ GÌ?


Máy tính lượng tử là một thiết bị điện toán hoạt động trên cơ sở cơ học lượng tử.
Ngày nay, máy tính lượng tử quy mô đầy đủ là một thiết bị giả định không thể được tạo ra dựa trên dữ liệu có sẵn trong lý thuyết lượng tử.

Máy tính lượng tử không sử dụng các thuật toán cổ điển để tính toán mà sử dụng các quá trình phức tạp hơn có tính chất lượng tử, còn được gọi là thuật toán lượng tử. Các thuật toán này sử dụng các hiệu ứng cơ học lượng tử: vướng víu lượng tử và song song lượng tử.

Để hiểu tại sao lại cần đến máy tính lượng tử, cần phải hình dung nguyên lý hoạt động của nó.
Trong khi máy tính thông thường hoạt động bằng cách thực hiện các phép tính tuần tự trên các số 0 và 1, thì máy tính lượng tử sử dụng các vòng phim siêu dẫn. Dòng điện có thể chạy qua các vòng này theo các hướng khác nhau, do đó, một chuỗi các vòng như vậy có thể đồng thời thực hiện nhiều phép toán hơn với số 0 và số 1.
Công suất cao là ưu điểm chính của máy tính lượng tử. Thật không may, những chiếc vòng này phải chịu những tác động dù là nhỏ nhất từ ​​bên ngoài, do đó hướng của dòng điện có thể thay đổi và trong trường hợp này, các phép tính là không chính xác.

SỰ KHÁC BIỆT CỦA MÁY TÍNH LƯỢNG TỪ MÁY TÍNH THÔNG THƯỜNG

    Sự khác biệt chính giữa máy tính lượng tử và máy tính thông thường là việc lưu trữ, xử lý và truyền dữ liệu diễn ra không phải bằng cách sử dụng “bit” mà là “qubit” - nói một cách đơn giản là “bit lượng tử”. Giống như một bit thông thường, một qubit có thể ở các trạng thái quen thuộc “|0>” và “|1>”, và ngoài ra - ở trạng thái chồng chất A·|0> + B·|1>, trong đó A và B là các số phức thỏa mãn điều kiện | Một |2 + | B|2 = 1.

CÁC LOẠI MÁY TÍNH LƯỢNG TỬ

Có hai loại máy tính lượng tử. Cả hai đều dựa trên hiện tượng lượng tử, chỉ ở một trật tự khác nhau.

    máy tính dựa trên sự lượng tử hóa từ thông dựa trên sự vi phạm tính siêu dẫn - mối nối Josephson. Hiệu ứng Josephson đã được sử dụng để chế tạo các bộ khuếch đại tuyến tính, bộ chuyển đổi tương tự sang số, SQUID và bộ tương quan. Cơ sở phần tử tương tự được sử dụng trong dự án để tạo ra máy tính petaflop (1015 op./s). Tần số xung nhịp 370 GHz đã đạt được trong thử nghiệm, trong tương lai có thể tăng lên 700 GHz. Tuy nhiên, thời gian lệch pha của các hàm sóng trong các thiết bị này có thể so sánh với thời gian chuyển mạch của từng van riêng lẻ và trên thực tế, tần số này đã quen thuộc. cơ sở phần tử được triển khai trên các nguyên tắc lượng tử mới - flip-flop, thanh ghi và các phần tử logic khác.

    Một loại máy tính lượng tử khác, còn gọi là máy tính kết hợp lượng tử, yêu cầu duy trì sự kết hợp của các hàm sóng của qubit được sử dụng trong toàn bộ thời gian tính toán - từ đầu đến cuối (một qubit có thể là bất kỳ hệ thống cơ lượng tử nào có hai mức năng lượng chuyên dụng). Kết quả là, đối với một số bài toán, khả năng tính toán của máy tính lượng tử kết hợp tỷ lệ với 2N, trong đó N là số qubit trong máy tính. Đây là loại thiết bị thứ hai được dùng khi nói về máy tính lượng tử.

MÁY TÍNH LƯỢNG TỬ NGAY BÂY GIỜ

Nhưng ngày nay các máy tính lượng tử nhỏ đang được tạo ra. Công ty D-Wave Systems đang hoạt động đặc biệt tích cực theo hướng này, công ty đã tạo ra một máy tính lượng tử 16 qubit vào năm 2007. Chiếc máy tính này đã xử lý thành công nhiệm vụ sắp xếp chỗ ngồi cho khách tại bàn dựa trên thực tế là một số người trong số họ không thích nhau. Bây giờ D-Wave Systems tiếp tục phát triển máy tính lượng tử.

Một nhóm các nhà vật lý đến từ Nhật Bản, Trung Quốc và Hoa Kỳ lần đầu tiên đã chế tạo được một máy tính lượng tử sử dụng kiến ​​trúc von Neumann - nghĩa là có sự tách biệt vật lý giữa bộ xử lý lượng tử và bộ nhớ lượng tử. Hiện tại, để triển khai thực tế máy tính lượng tử (máy tính dựa trên các tính chất bất thường của các vật thể cơ học lượng tử), các nhà vật lý sử dụng nhiều loại vật thể và hiện tượng kỳ lạ - các ion bị bắt trong bẫy quang, cộng hưởng từ hạt nhân. Đối với nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã dựa vào các mạch siêu dẫn thu nhỏ - khả năng triển khai một máy tính lượng tử sử dụng các mạch như vậy đã được mô tả trên tạp chí Nature vào năm 2008.

Máy tính do các nhà khoa học lắp ráp bao gồm một bộ nhớ lượng tử, vai trò của nó được thực hiện bởi hai bộ cộng hưởng vi sóng, bộ xử lý gồm hai qubit được kết nối bằng một bus (vai trò của nó cũng được thực hiện bởi một bộ cộng hưởng và các qubit là các mạch siêu dẫn), và các thiết bị xóa dữ liệu. Sử dụng máy tính này, các nhà khoa học nhận ra hai thuật toán chính- cái gọi là biến đổi Fourier lượng tử và kết hợp sử dụng các phần tử logic Toffoli lượng tử:

    Thuật toán đầu tiên là một thuật toán tương tự lượng tử của phép biến đổi Fourier rời rạc. Đặc điểm nổi bật của nó là số lượng phần tử chức năng (cấp n2) nhỏ hơn nhiều khi thực hiện thuật toán so với thuật toán tương tự của nó (cấp n 2n). Biến đổi Fourier rời rạc được sử dụng trong nhiều lĩnh vực hoạt động của con người - từ nghiên cứu các phương trình vi phân từng phần đến nén dữ liệu.

    Đổi lại, cổng logic lượng tử Toffoli là các phần tử cơ bản mà từ đó, với một số yêu cầu bổ sung, có thể thu được bất kỳ hàm (chương trình) Boolean nào. Một đặc điểm khác biệt của các phần tử này là khả năng đảo ngược của chúng, theo quan điểm vật lý, cho phép giảm thiểu sự sinh nhiệt của thiết bị.

Theo các nhà khoa học, hệ thống họ tạo ra có một ưu điểm vượt trội - nó có thể dễ dàng mở rộng. Vì vậy, nó có thể phục vụ như một loại khối xây dựng cho các máy tính trong tương lai. Theo các nhà nghiên cứu, kết quả mới chứng minh rõ ràng sự hứa hẹn của công nghệ mới.

Điện toán lượng tử, ít nhất là về mặt lý thuyết, đã được nói đến trong nhiều thập kỷ. Các loại máy móc hiện đại, sử dụng cơ học phi cổ điển để xử lý lượng dữ liệu không thể tưởng tượng được, là một bước đột phá lớn. Theo các nhà phát triển, việc triển khai chúng có lẽ là công nghệ phức tạp nhất từng được tạo ra. Bộ xử lý lượng tử hoạt động ở cấp độ vật chất mà nhân loại mới biết được khoảng 100 năm trước. Tiềm năng của tính toán như vậy là rất lớn. Việc sử dụng những tính chất kỳ lạ của lượng tử sẽ tăng tốc độ tính toán, nhờ đó nhiều bài toán hiện nằm ngoài khả năng của máy tính cổ điển sẽ được giải quyết. Và không chỉ trong lĩnh vực hóa học và khoa học vật liệu. Phố Wall cũng quan tâm.

Đầu tư vào tương lai

CME Group đã đầu tư vào 1QB Information Technologies Inc. có trụ sở tại Vancouver, công ty phát triển phần mềm cho bộ xử lý lượng tử. Các nhà đầu tư cho biết, điện toán như vậy có thể sẽ có tác động lớn nhất đến các ngành xử lý khối lượng lớn dữ liệu nhạy cảm với thời gian. Một ví dụ về những người tiêu dùng như vậy là các tổ chức tài chính. Goldman Sachs đầu tư vào D-Wave Systems và In-Q-Tel được CIA tài trợ. Công ty đầu tiên sản xuất ra những cỗ máy thực hiện cái gọi là “ủ lượng tử”, tức là giải quyết các vấn đề tối ưu hóa ở mức độ thấp bằng cách sử dụng bộ xử lý lượng tử. Intel cũng đang đầu tư vào công nghệ này, mặc dù họ coi việc triển khai nó là vấn đề của tương lai.

Tại sao điều này là cần thiết?

Lý do khiến điện toán lượng tử trở nên thú vị là vì sự kết hợp hoàn hảo của nó với học máy. Đây hiện là ứng dụng chính cho các tính toán như vậy. Một phần ý tưởng của máy tính lượng tử là sử dụng một thiết bị vật lý để tìm ra giải pháp. Đôi khi khái niệm này được giải thích bằng ví dụ về trò chơi Angry Birds. Để mô phỏng trọng lực và sự tương tác của các vật thể va chạm, CPU của máy tính bảng sử dụng các phương trình toán học. Bộ xử lý lượng tử biến cách tiếp cận này thành hiện thực. Họ "ném" một vài con chim và xem điều gì sẽ xảy ra. Những con chim được ghi vào vi mạch, chúng bị ném đi, quỹ đạo tối ưu là gì? Sau đó, tất cả các giải pháp khả thi, hoặc ít nhất là một sự kết hợp rất lớn giữa chúng, đều được kiểm tra và đưa ra câu trả lời. Trong máy tính lượng tử không có nhà toán học, thay vào đó là các định luật vật lý.

Làm thế nào nó hoạt động?

Các khối xây dựng cơ bản của thế giới chúng ta là cơ học lượng tử. Nếu bạn nhìn vào các phân tử, lý do chúng hình thành và duy trì trạng thái ổn định là do sự tương tác giữa các quỹ đạo electron của chúng. Tất cả các phép tính cơ học lượng tử đều có trong mỗi phép tính đó. Số lượng của chúng tăng theo cấp số nhân với số lượng electron mô phỏng. Ví dụ, đối với 50 electron, có thể có từ 2 đến 50 tùy chọn. Đây là một hiện tượng nên ngày nay không thể tính toán được. Việc kết nối lý thuyết thông tin với vật lý có thể chỉ ra cách giải quyết những vấn đề như vậy. Một máy tính 50 qubit có thể làm được điều này.

Bình minh của một kỷ nguyên mới

Theo Landon Downs, chủ tịch và đồng sáng lập của 1QBit, bộ xử lý lượng tử là khả năng khai thác sức mạnh tính toán của thế giới hạ nguyên tử, có ý nghĩa to lớn trong việc thu được vật liệu mới hoặc tạo ra thuốc mới. Có một sự thay đổi từ mô hình khám phá sang một kỷ nguyên thiết kế mới. Ví dụ, điện toán lượng tử có thể được sử dụng để mô hình hóa các chất xúc tác loại bỏ carbon và nitơ khỏi khí quyển và từ đó giúp ngăn chặn sự nóng lên toàn cầu.

Đi đầu trong sự tiến bộ

Cộng đồng phát triển công nghệ vô cùng hào hứng và năng động. Các nhóm trên khắp thế giới trong các công ty khởi nghiệp, tập đoàn, trường đại học và phòng thí nghiệm của chính phủ đang chạy đua để chế tạo những cỗ máy sử dụng các phương pháp khác nhau để xử lý thông tin lượng tử. Chip qubit siêu dẫn và qubit ion bị bẫy đã được các nhà nghiên cứu từ Đại học Maryland và Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ tạo ra. Microsoft đang phát triển một phương pháp tiếp cận tôpô có tên là Trạm Q, nhằm mục đích khai thác một anion phi Abelian vẫn chưa được chứng minh rõ ràng là tồn tại.

Năm của một bước đột phá có thể xảy ra

Và điều này chỉ là khởi đầu. Tính đến cuối tháng 5 năm 2017, số lượng bộ xử lý lượng tử rõ ràng làm được điều gì đó nhanh hơn hoặc tốt hơn máy tính cổ điển là bằng không. Một sự kiện như vậy sẽ thiết lập “ưu thế lượng tử”, nhưng nó vẫn chưa xảy ra. Mặc dù rất có thể điều này có thể xảy ra trong năm nay. Hầu hết những người trong cuộc đều nói rằng nhóm được yêu thích rõ ràng là nhóm Google do giáo sư vật lý John Martini của UC Santa Barbara dẫn đầu. Mục tiêu của nó là đạt được tính ưu việt về mặt tính toán bằng bộ xử lý 49 qubit. Vào cuối tháng 5 năm 2017, nhóm đã thử nghiệm thành công chip 22 qubit như một bước trung gian để tháo rời một siêu máy tính cổ điển.

Tất cả đã bắt đầu từ đâu?

Ý tưởng sử dụng cơ học lượng tử để xử lý thông tin đã có từ hàng chục năm nay. Một trong những sự kiện quan trọng xảy ra vào năm 1981, khi IBM và MIT cùng tổ chức một hội nghị về vật lý của máy tính. Nhà vật lý nổi tiếng đề xuất xây dựng một máy tính lượng tử. Theo ông, cơ học lượng tử nên được sử dụng để mô hình hóa. Và đây là một nhiệm vụ tuyệt vời vì nó có vẻ không dễ dàng chút nào. Nguyên lý hoạt động của bộ xử lý lượng tử dựa trên một số tính chất kỳ lạ của nguyên tử - sự chồng chất và sự vướng víu. Một hạt có thể ở hai trạng thái cùng một lúc. Tuy nhiên, khi đo, nó sẽ chỉ xuất hiện ở một trong số đó. Và không thể dự đoán được cái nào, ngoại trừ dưới góc độ lý thuyết xác suất. Hiệu ứng này là cơ sở của thí nghiệm tưởng tượng về con mèo của Schrödinger, nó vừa sống vừa chết trong một chiếc hộp cho đến khi một người quan sát lén nhìn trộm. Không có gì trong cuộc sống hàng ngày hoạt động theo cách này. Tuy nhiên, khoảng 1 triệu thí nghiệm được tiến hành kể từ đầu thế kỷ 20 cho thấy sự chồng chất có tồn tại. Và bước tiếp theo là tìm ra cách sử dụng khái niệm này.

Bộ xử lý lượng tử: mô tả công việc

Các bit cổ điển có thể nhận giá trị 0 hoặc 1. Nếu bạn chuyển chuỗi của chúng qua “cổng logic” (AND, OR, NOT, v.v.), bạn có thể nhân số, vẽ hình ảnh, v.v. Một qubit có thể nhận các giá trị 0, 1 hoặc cả hai cùng lúc. Giả sử, nếu 2 qubit bị vướng víu thì điều này khiến chúng có mối tương quan hoàn hảo. Bộ xử lý lượng tử có thể sử dụng cổng logic. T.n. Ví dụ, cổng Hadamard đặt qubit ở trạng thái chồng chất hoàn hảo. Khi sự chồng chất và sự vướng víu được kết hợp với các cổng lượng tử được đặt khéo léo, tiềm năng của điện toán hạ nguyên tử bắt đầu bộc lộ. 2 qubit cho phép bạn khám phá 4 trạng thái: 00, 01, 10 và 11. Nguyên lý hoạt động của bộ xử lý lượng tử là việc thực hiện một thao tác logic giúp có thể làm việc với tất cả các vị trí cùng một lúc. Và số trạng thái khả dụng là 2 lũy thừa của số qubit. Vì vậy, nếu bạn tạo ra một máy tính lượng tử phổ quát 50 qubit, về mặt lý thuyết bạn có thể khám phá tất cả 1,125 triệu triệu kết hợp cùng một lúc.

Lời khen ngợi

Bộ xử lý lượng tử ở Nga được nhìn nhận hơi khác một chút. Các nhà khoa học từ MIPT và Trung tâm lượng tử Nga đã tạo ra “qudits”, là một số qubit “ảo” với các mức “năng lượng” khác nhau.

Biên độ

Bộ xử lý lượng tử có ưu điểm là cơ học lượng tử dựa trên biên độ. Biên độ tương tự như xác suất, nhưng chúng cũng có thể là số âm và số phức. Vì vậy, nếu bạn cần tính xác suất của một sự kiện, bạn có thể cộng biên độ của tất cả các phương án có thể có cho sự phát triển của chúng. Ý tưởng đằng sau điện toán lượng tử là cố gắng điều chỉnh nó sao cho một số đường dẫn đến câu trả lời sai có biên độ dương và một số có biên độ âm, để chúng triệt tiêu lẫn nhau. Và những đường dẫn đến câu trả lời đúng sẽ có biên độ cùng pha với nhau. Bí quyết là sắp xếp mọi thứ mà không cần biết trước câu trả lời nào là đúng. Vì vậy, bản chất hàm mũ của các trạng thái lượng tử, kết hợp với khả năng giao thoa giữa biên độ dương và âm, là một ưu điểm của kiểu tính toán này.

Thuật toán Shor

Có rất nhiều vấn đề mà máy tính không thể giải quyết được. Ví dụ, mã hóa. Vấn đề là không dễ tìm ra thừa số nguyên tố của một số có 200 chữ số. Ngay cả khi máy tính xách tay của bạn chạy phần mềm tuyệt vời, bạn có thể phải đợi nhiều năm để tìm ra câu trả lời. Vì vậy, một cột mốc quan trọng khác trong điện toán lượng tử là thuật toán được xuất bản năm 1994 bởi Peter Shore, hiện là giáo sư toán học tại MIT. Phương pháp của ông là tìm ra các thừa số của một số lớn bằng máy tính lượng tử chưa tồn tại. Về cơ bản, thuật toán thực hiện các thao tác trỏ đến các khu vực có câu trả lời đúng. Năm sau, Shor phát hiện ra phương pháp sửa lỗi lượng tử. Sau đó, nhiều người nhận ra rằng đây là một cách tính toán khác, trong một số trường hợp có thể mạnh hơn. Sau đó, các nhà vật lý ngày càng quan tâm đến việc tạo ra các qubit và cổng logic giữa chúng. Và bây giờ, hai thập kỷ sau, nhân loại đang trên đà tạo ra một chiếc máy tính lượng tử hoàn chỉnh.

Máy tính lượng tử hứa hẹn một cuộc cách mạng thực sự, không chỉ trong điện toán mà còn trong đời sống thực. Các phương tiện truyền thông tràn ngập các tiêu đề về việc máy tính lượng tử sẽ phá hủy mật mã hiện đại như thế nào và sức mạnh của trí tuệ nhân tạo, nhờ chúng, sẽ tăng lên theo cấp độ lớn.

Trong 10 năm qua, máy tính lượng tử đã đi từ lý thuyết thuần túy đến những ví dụ hoạt động đầu tiên. Đúng là vẫn còn một chặng đường dài phía trước cuộc cách mạng đã hứa và ảnh hưởng của nó cuối cùng có thể không toàn diện như hiện nay.

Máy tính lượng tử hoạt động như thế nào?

Máy tính lượng tử là thiết bị sử dụng hiện tượng chồng chất lượng tử và vướng víu lượng tử. Yếu tố chính trong các phép tính như vậy là qubit hoặc bit lượng tử. Đằng sau tất cả những từ này là toán học và vật lý khá phức tạp, nhưng nếu bạn đơn giản hóa chúng hết mức có thể, bạn sẽ có được thứ như thế này.

Trong các máy tính thông thường, chúng ta xử lý các bit. Bit là đơn vị thông tin trong hệ nhị phân. Nó có thể lấy giá trị 0 và 1, điều này rất thuận tiện không chỉ cho các phép toán mà còn cho các phép toán logic, vì số 0 có thể được liên kết với giá trị “false” và một với giá trị “true”.


Bộ xử lý hiện đại được xây dựng trên cơ sở các bóng bán dẫn, các phần tử bán dẫn có thể hoặc không thể truyền dòng điện. Nói cách khác, nó tạo ra hai giá trị 0 và 1. Tương tự, trong bộ nhớ flash, một bóng bán dẫn cổng nổi có thể lưu trữ điện tích. Nếu nó hiện diện, chúng ta nhận được một, nếu nó không có ở đó, chúng ta nhận được số không. Ghi âm kỹ thuật số từ tính hoạt động theo cách tương tự, chỉ có vật mang thông tin ở đó là hạt từ tính, có hoặc không có điện tích.

Trong tính toán, chúng ta đọc giá trị của một bit (0 hoặc 1) từ bộ nhớ rồi truyền dòng điện qua bóng bán dẫn và tùy thuộc vào việc nó có truyền qua hay không, chúng ta nhận được một bit mới ở đầu ra, có thể có một giá trị khác.

Qubit cho máy tính lượng tử là gì? Trong máy tính lượng tử, thành phần chính là qubit - bit lượng tử. Không giống như bit thông thường, nó ở trạng thái chồng chất lượng tử, nghĩa là nó có giá trị của cả 0 và 1 và bất kỳ sự kết hợp nào của chúng bất kỳ lúc nào. Nếu có một số qubit trong hệ thống thì việc thay đổi một qubit cũng kéo theo việc thay đổi tất cả các qubit khác.


Điều này cho phép bạn tính toán đồng thời tất cả các tùy chọn có thể. Một bộ xử lý thông thường, với các phép tính nhị phân, thực sự tính toán các tùy chọn một cách tuần tự. Kịch bản đầu tiên, sau đó là kịch bản khác, rồi kịch bản thứ ba, v.v. Để tăng tốc mọi thứ, họ bắt đầu sử dụng đa luồng, chạy các phép tính song song, tìm nạp trước để dự đoán các tùy chọn phân nhánh có thể có và tính toán trước chúng. Trong máy tính lượng tử, tất cả điều này được thực hiện song song.

Nguyên tắc tính toán cũng khác nhau. Theo một nghĩa nào đó, máy tính lượng tử đã chứa tất cả các phương án có thể có để giải quyết vấn đề; nhiệm vụ của chúng ta chỉ là đọc trạng thái của các qubit và... chọn phương án đúng từ chúng. Và đây là nơi những khó khăn bắt đầu. Đây là nguyên lý hoạt động của máy tính lượng tử.

Tạo ra một máy tính lượng tử

Bản chất vật lý của máy tính lượng tử sẽ như thế nào? Trạng thái lượng tử chỉ có thể đạt được ở dạng hạt. Một qubit không thể được tạo ra từ nhiều nguyên tử, giống như một bóng bán dẫn. Cho đến nay vấn đề này vẫn chưa được giải quyết triệt để. Có một số lựa chọn. Các trạng thái điện tích của nguyên tử được sử dụng, ví dụ, sự có mặt hay vắng mặt của một electron tại một điểm thông thường, các nguyên tố siêu dẫn, photon, v.v..


Những “vấn đề tế nhị” như vậy đặt ra những hạn chế trong việc đo lường trạng thái của qubit. Năng lượng cực kỳ thấp, cần có bộ khuếch đại để đọc dữ liệu. Nhưng các bộ khuếch đại có thể tác động đến một hệ lượng tử và thay đổi trạng thái của nó, tuy nhiên, không chỉ chúng mà ngay cả thực tế quan sát cũng có thể có ý nghĩa quan trọng.

Điện toán lượng tử bao gồm một chuỗi các hoạt động được thực hiện trên một hoặc nhiều qubit. Những điều đó lần lượt dẫn đến những thay đổi trong toàn bộ hệ thống. Nhiệm vụ là chọn đúng trạng thái của nó, từ đó đưa ra kết quả tính toán. Trong trường hợp này, có thể có bất kỳ số lượng trạng thái nào gần với trạng thái này nhất có thể. Theo đó, độ chính xác của các phép tính như vậy hầu như sẽ luôn khác với sự thống nhất.

Vì vậy, một máy tính lượng tử chính thức đòi hỏi những tiến bộ đáng kể trong vật lý. Ngoài ra, việc lập trình cho máy tính lượng tử sẽ khác với những gì hiện có. Cuối cùng, máy tính lượng tử sẽ không thể giải quyết những vấn đề mà máy tính thông thường không thể giải được, nhưng chúng có thể tăng tốc độ giải quyết những vấn đề mà chúng có thể xử lý. Đúng, một lần nữa, không phải tất cả.

Đếm qubit, máy tính lượng tử qubit

Dần dần, những vấn đề trên con đường hướng tới máy tính lượng tử đang dần được gỡ bỏ. Các qubit đầu tiên được xây dựng vào đầu thế kỷ này. Quá trình này tăng tốc vào đầu thập kỷ. Ngày nay, các nhà phát triển đã có thể sản xuất bộ xử lý có hàng chục qubit.


Bước đột phá mới nhất là việc tạo ra bộ xử lý Bristlecone trong lòng Google. Vào tháng 3 năm 2018, công ty đã thông báo rằng họ có thể xây dựng bộ xử lý 72 qubit. Google không cho biết Bristlecone được xây dựng dựa trên những nguyên tắc vật lý nào. Tuy nhiên, người ta tin rằng 49 qubit là đủ để đạt được “ưu thế lượng tử”, khi một máy tính lượng tử bắt đầu hoạt động tốt hơn máy tính thông thường. Google đã cố gắng đáp ứng điều kiện này nhưng tỷ lệ lỗi 0,6% vẫn cao hơn mức 0,5% yêu cầu.

Vào mùa thu năm 2017, IBM đã công bố tạo ra nguyên mẫu của bộ xử lý lượng tử 50 qubit. Anh ấy đang được thử nghiệm. Nhưng vào năm 2017, IBM đã mở rộng bộ xử lý 20 qubit của mình sang điện toán đám mây. Vào tháng 3 năm 2018, một phiên bản nhỏ hơn của IBM Q đã được ra mắt. Bất kỳ ai cũng có thể chạy thử nghiệm trên một máy tính như vậy. Dựa trên kết quả của họ, 35 bài báo khoa học đã được xuất bản.


Vào đầu lễ kỷ niệm 10 năm, công ty D-Wave của Thụy Điển xuất hiện trên thị trường và định vị máy tính của mình là lượng tử. Nó đã tạo ra rất nhiều tranh cãi khi tuyên bố tạo ra những cỗ máy 1000 qubit, trong khi những nhà lãnh đạo được công nhận chỉ đang “ mày mò” với một vài qubit. Máy tính của các nhà phát triển Thụy Điển được bán với giá 10-15 triệu USD nên việc kiểm tra chúng không hề dễ dàng.


Máy tính D-Wave không phải là lượng tử theo đúng nghĩa của từ này, nhưng chúng sử dụng một số hiệu ứng lượng tử có thể dùng để giải quyết một số vấn đề tối ưu hóa. Nói cách khác, không phải tất cả các thuật toán có thể được thực thi trên máy tính lượng tử đều nhận được gia tốc lượng tử trên D-Wave. Google đã mua lại một trong những hệ thống của Thụy Điển. Kết quả là, các nhà nghiên cứu của nó đã công nhận máy tính là “lượng tử giới hạn”. Hóa ra các qubit được nhóm thành cụm tám, nghĩa là số lượng thực của chúng ít hơn đáng kể so với số được khai báo.

Máy tính lượng tử ở Nga

Một trường phái vật lý mạnh theo truyền thống cho phép người ta có những đóng góp đáng kể vào việc giải quyết các vấn đề vật lý để tạo ra một máy tính lượng tử. Vào tháng 1 năm 2018, người Nga đã tạo ra bộ khuếch đại tín hiệu cho máy tính lượng tử. Xét rằng bản thân bộ khuếch đại có khả năng ảnh hưởng đến trạng thái của qubit thông qua hoạt động của nó, mức độ tiếng ồn mà nó tạo ra sẽ khác một chút so với “chân không”. Đây là điều mà các nhà khoa học Nga từ phòng thí nghiệm “Siêu vật liệu siêu dẫn” của NUST MISIS và hai viện của Viện Hàn lâm Khoa học Nga đã thành công khi thực hiện. Chất siêu dẫn được sử dụng để tạo ra bộ khuếch đại.


Một trung tâm lượng tử cũng đã được thành lập ở Nga. Đây là một tổ chức nghiên cứu phi chính phủ tham gia nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý lượng tử. Cô ấy cũng đang nghiên cứu vấn đề tạo ra qubit. Đứng sau trung tâm là doanh nhân Sergei Belousov và giáo sư Đại học Harvard Mikhail Lukin. Dưới sự lãnh đạo của ông, bộ xử lý 51 qubit đã được tạo ra tại Harvard, bộ xử lý này một thời gian trước khi Bristlecon được công bố là thiết bị máy tính lượng tử mạnh nhất trên thế giới.

Sự phát triển của điện toán lượng tử đã trở thành một phần của chương trình nhà nước về Kinh tế Kỹ thuật số. Trong năm 2018-20, hỗ trợ của nhà nước sẽ được phân bổ cho công việc trong lĩnh vực này. Kế hoạch hành động cung cấp việc tạo ra một trình mô phỏng lượng tử bằng cách sử dụng tám qubit siêu dẫn. Sau đó, vấn đề mở rộng quy mô hơn nữa của công nghệ này sẽ được quyết định.

Ngoài ra, trước năm 2020, Nga có kế hoạch thử nghiệm một công nghệ lượng tử khác: xây dựng qubit trên các nguyên tử trung tính và các ion tích điện trong bẫy.

Một trong những mục tiêu của chương trình là tạo ra mật mã lượng tử và các thiết bị truyền thông lượng tử. Các trung tâm phân phối khóa lượng tử sẽ được tạo ra để phân phối chúng cho người tiêu dùng - ngân hàng, trung tâm dữ liệu và các doanh nghiệp trong ngành. Người ta tin rằng một máy tính lượng tử chính thức có thể phá vỡ mọi thuật toán mã hóa hiện đại chỉ trong vài phút.

Sau cùng

Vì vậy, máy tính lượng tử vẫn đang thử nghiệm. Khó có khả năng một máy tính lượng tử chính thức có khả năng tính toán thực sự cao sẽ xuất hiện trước thập kỷ tới. Việc sản xuất qubit và xây dựng hệ thống ổn định từ chúng vẫn chưa hoàn hảo.

Đánh giá dựa trên thực tế là ở cấp độ vật lý, máy tính lượng tử có một số giải pháp khác nhau về công nghệ và có thể là về giá thành, chúng sẽ không được thống nhất trong 10 năm nữa. Quá trình tiêu chuẩn hóa có thể mất nhiều thời gian.

Ngoài ra, rõ ràng là máy tính lượng tử rất có thể sẽ vẫn là những thiết bị “từng phần” và rất đắt tiền trong thập kỷ tới. Khó có khả năng chúng sẽ lọt vào túi của một người dùng bình thường, nhưng bạn có thể mong đợi sự xuất hiện của chúng trong danh sách siêu máy tính.

Có khả năng máy tính lượng tử sẽ được cung cấp theo mô hình “đám mây”, nơi tài nguyên của chúng có thể được sử dụng bởi các nhà nghiên cứu và tổ chức quan tâm.

Nhân loại, giống như 60 năm trước, một lần nữa đang đứng trước một bước đột phá lớn trong lĩnh vực công nghệ máy tính. Chẳng bao lâu nữa, các máy tính ngày nay sẽ được thay thế bằng máy tính lượng tử.

Sự tiến bộ đã đến bao xa?

Trở lại năm 1965, Gordon Moore đã nói rằng trong một năm, số lượng bóng bán dẫn lắp trên một vi mạch silicon sẽ tăng gấp đôi. Tốc độ tiến bộ này đã chậm lại gần đây và việc nhân đôi xảy ra ít thường xuyên hơn - cứ hai năm một lần. Thậm chí tốc độ này sẽ cho phép các bóng bán dẫn đạt kích thước của một nguyên tử trong tương lai gần. Tiếp theo là một ranh giới không thể vượt qua. Từ quan điểm về cấu trúc vật lý của bóng bán dẫn, nó không thể nhỏ hơn số lượng nguyên tử theo bất kỳ cách nào. Tăng kích thước chip không giải quyết được vấn đề. Hoạt động của bóng bán dẫn gắn liền với việc giải phóng năng lượng nhiệt và bộ xử lý cần một hệ thống làm mát chất lượng cao. Kiến trúc đa lõi cũng không giải quyết được vấn đề tăng trưởng hơn nữa. Việc đạt đến đỉnh cao trong sự phát triển của công nghệ vi xử lý hiện đại sẽ sớm xảy ra.
Các nhà phát triển hiểu ra vấn đề này vào thời điểm người dùng mới bắt đầu sử dụng máy tính cá nhân. Năm 1980, một trong những người sáng lập khoa học thông tin lượng tử, giáo sư Liên Xô Yuuri Manin, đã đưa ra ý tưởng về điện toán lượng tử. Một năm sau, Richard Feyman đề xuất mẫu máy tính đầu tiên có bộ xử lý lượng tử. Cơ sở lý thuyết về hình dáng của máy tính lượng tử đã được Paul Benioff xây dựng.

Máy tính lượng tử hoạt động như thế nào

Để hiểu cách thức hoạt động của bộ xử lý mới, ít nhất bạn phải có kiến ​​thức sơ sài về các nguyên lý của cơ học lượng tử. Không có ích gì khi đưa ra các bố cục và công thức toán học ở đây. Một người bình thường chỉ cần làm quen với ba đặc điểm nổi bật của cơ học lượng tử là đủ:

  • Trạng thái hoặc vị trí của hạt chỉ được xác định với một mức độ xác suất nào đó.
  • Nếu một hạt có thể có nhiều trạng thái thì nó có thể ở tất cả các trạng thái cùng một lúc. Đây là nguyên tắc chồng chất.
  • Quá trình đo trạng thái của hạt dẫn đến sự biến mất của sự chồng chất. Đặc điểm là kiến ​​thức về trạng thái của hạt thu được từ phép đo khác với trạng thái thực của hạt trước khi đo.

Từ quan điểm của lẽ thường - hoàn toàn vô nghĩa. Trong thế giới bình thường của chúng ta, những nguyên tắc này có thể được biểu diễn như sau: cửa phòng đóng, đồng thời mở. Đóng và mở cùng một lúc.

Đây là sự khác biệt nổi bật giữa các tính toán. Một bộ xử lý thông thường hoạt động ở mã nhị phân. Các bit máy tính chỉ có thể ở một trạng thái - có giá trị logic là 0 hoặc 1. Máy tính lượng tử hoạt động với các qubit, có thể có giá trị logic 0, 1, 0 và 1 cùng một lúc. Để giải quyết một số vấn đề nhất định, chúng sẽ có lợi thế trị giá hàng triệu đô la so với các máy tính truyền thống. Ngày nay đã có hàng chục mô tả về thuật toán công việc. Các lập trình viên tạo ra mã chương trình đặc biệt có thể hoạt động theo các nguyên tắc tính toán mới.

Máy tính mới sẽ được sử dụng ở đâu?

Một cách tiếp cận mới đối với quy trình tính toán cho phép bạn làm việc với lượng dữ liệu khổng lồ và thực hiện các hoạt động tính toán tức thì. Với sự ra đời của những chiếc máy tính đầu tiên, một số người, bao gồm cả các quan chức chính phủ, đã tỏ ra hoài nghi rất nhiều về việc sử dụng chúng trong nền kinh tế quốc gia. Ngày nay vẫn còn nhiều người đầy nghi ngờ về tầm quan trọng của máy tính đối với thế hệ cơ bản mới. Trong một thời gian rất dài, các tạp chí kỹ thuật đã từ chối xuất bản các bài báo về điện toán lượng tử, coi lĩnh vực này là một mưu đồ lừa đảo phổ biến nhằm đánh lừa các nhà đầu tư.

Một phương pháp tính toán mới sẽ tạo tiền đề cho những khám phá khoa học vĩ đại trong mọi ngành công nghiệp. Y học sẽ giải quyết được nhiều vấn đề nan giải, trong đó đã tích lũy khá nhiều vấn đề gần đây. Sẽ có thể chẩn đoán ung thư ở giai đoạn sớm hơn của bệnh so với hiện nay. Ngành công nghiệp hóa chất sẽ có thể tổng hợp các sản phẩm có đặc tính độc đáo.

Một bước đột phá trong lĩnh vực du hành vũ trụ sẽ không còn lâu nữa. Các chuyến bay đến các hành tinh khác sẽ trở nên phổ biến như những chuyến đi hàng ngày quanh thành phố. Tiềm năng nằm trong điện toán lượng tử chắc chắn sẽ biến đổi hành tinh của chúng ta đến mức không thể nhận ra.

Một tính năng đặc biệt khác mà máy tính lượng tử có là khả năng tính toán lượng tử để nhanh chóng tìm ra mã hoặc mật mã mong muốn. Một máy tính thông thường thực hiện một giải pháp tối ưu hóa toán học một cách tuần tự, thử hết phương án này đến phương án khác. Đối thủ lượng tử làm việc với toàn bộ mảng dữ liệu cùng một lúc, chọn ra các tùy chọn phù hợp nhất với tốc độ cực nhanh trong thời gian ngắn chưa từng thấy. Các giao dịch ngân hàng sẽ được giải mã trong chớp mắt, điều mà máy tính hiện đại không thể tiếp cận được.

Tuy nhiên, ngành ngân hàng không cần lo lắng - bí mật của nó sẽ được lưu lại bằng phương pháp mã hóa lượng tử với nghịch lý đo lường. Khi bạn cố mở mã, tín hiệu truyền đi sẽ bị méo. Thông tin nhận được sẽ không có ý nghĩa gì. Các cơ quan mật vụ, vốn thường coi hoạt động gián điệp, quan tâm đến khả năng của điện toán lượng tử.

Khó khăn trong thiết kế

Khó khăn nằm ở việc tạo ra các điều kiện để bit lượng tử có thể duy trì ở trạng thái chồng chất vô thời hạn.

Mỗi qubit là một bộ vi xử lý hoạt động dựa trên nguyên lý siêu dẫn và các định luật cơ học lượng tử.

Một số điều kiện môi trường độc đáo được tạo ra xung quanh các phần tử vi mô của máy logic:

  • nhiệt độ 0,02 độ Kelvin (-269,98 độ C);
  • hệ thống bảo vệ chống lại bức xạ từ và điện (giảm tác động của các yếu tố này xuống 50 nghìn lần);
  • hệ thống loại bỏ nhiệt và giảm rung;
  • độ hiếm của không khí thấp hơn 100 tỷ lần so với áp suất khí quyển.

Một sai lệch nhỏ trong môi trường sẽ khiến các qubit ngay lập tức mất trạng thái chồng chất, dẫn đến trục trặc.

Đi trước phần còn lại của hành tinh

Tất cả những điều trên có thể là do sự sáng tạo trong tâm trí đầy nhiệt huyết của một nhà văn viết truyện khoa học viễn tưởng nếu Google cùng với NASA năm ngoái đã không mua máy tính lượng tử D-Wave từ một tập đoàn nghiên cứu Canada, bộ xử lý của nó có chứa 512 qubit.

Với sự trợ giúp của nó, công ty dẫn đầu thị trường công nghệ máy tính sẽ giải quyết các vấn đề về máy học trong việc sắp xếp và phân tích lượng lớn dữ liệu.

Snowden, người đã rời Mỹ, cũng đưa ra một tuyên bố tiết lộ quan trọng - NSA cũng có kế hoạch phát triển máy tính lượng tử của riêng mình.

2014 - khởi đầu kỷ nguyên của hệ thống D-Wave

Vận động viên thành công người Canada Geordie Rose, sau khi thỏa thuận với Google và NASA, đã bắt đầu chế tạo bộ xử lý 1000 qubit. Mô hình tương lai sẽ vượt xa nguyên mẫu thương mại đầu tiên ít nhất 300 nghìn lần về tốc độ và khối lượng tính toán. Máy tính lượng tử, trong hình bên dưới, là phiên bản thương mại đầu tiên trên thế giới của công nghệ điện toán mới về cơ bản.

Ông được người quen ở trường đại học thúc đẩy tham gia phát triển khoa học với các tác phẩm của Colin Williams về điện toán lượng tử. Phải nói rằng ngày nay Williams làm việc tại tập đoàn Rose với vai trò quản lý dự án kinh doanh.

Trò lừa bịp mang tính đột phá hoặc khoa học

Bản thân Rose cũng không biết đầy đủ máy tính lượng tử là gì. Trong mười năm, nhóm của ông đã đi từ việc tạo ra bộ xử lý 2 qubit trở thành đứa con tinh thần thương mại đầu tiên hiện nay.

Ngay từ khi bắt đầu nghiên cứu, Rose đã tìm cách tạo ra một bộ xử lý có số lượng qubit tối thiểu là 1 nghìn qubit. Và anh ấy chắc chắn phải có một lựa chọn thương mại - để bán và kiếm tiền.

Nhiều người biết nỗi ám ảnh và sự nhạy bén trong thương mại của Rose, đang cố gắng buộc tội anh ta giả mạo. Bị cáo buộc, bộ xử lý thông thường nhất được coi là lượng tử. Điều này cũng được hỗ trợ bởi thực tế là công nghệ mới thể hiện hiệu suất phi thường khi thực hiện một số loại tính toán nhất định. Nếu không, nó hoạt động giống như một chiếc máy tính hoàn toàn bình thường, chỉ có điều là rất đắt tiền.

Khi nào chúng sẽ xuất hiện

Không có nhiều thời gian để chờ đợi. Nhóm nghiên cứu do những người cùng mua nguyên mẫu tổ chức sẽ báo cáo kết quả nghiên cứu về D-Wave trong thời gian tới.
Có lẽ sắp đến lúc máy tính lượng tử sẽ cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về thế giới xung quanh. Và toàn thể nhân loại tại thời điểm này sẽ đạt đến trình độ tiến hóa cao hơn.