Máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử hay còn gọi là siêu máy tính, super computer… là loại máy tính có cấu hình và khả năng xử lý dữ nhanh nhất hiện nay.

Điện toán lượng tử sử dụng cơ học lượng tử để xử lý lượng thông tin khổng lồ với tốc độ cao không ngờ. Phải mất vài phút đến vài giờ để một máy tính lượng tử giải quyết vấn đề mà một máy tính để bàn sẽ mất nhiều năm hoặc nhiều thập kỷ để giải quyết.

Điện toán lượng tử đang tạo tiền đề cho một thế hệ siêu máy tính mới. Những máy tính lượng tử này dự kiến ​​sẽ vượt trội hơn công nghệ hiện có trong các lĩnh vực như mô hình hóa, hậu cần, phân tích xu hướng, mật mã và trí tuệ nhân tạo .

Máy tính lượng tử là gì?

Ý tưởng về điện toán lượng tử được tưởng tượng lần đầu tiên vào đầu những năm 1980 bởi Richard Feynman và Yuri Manin. Feynman và Manin tin rằng một máy tính lượng tử có thể mô phỏng dữ liệu theo cách mà một máy tính để bàn không thể làm được. Mãi đến cuối những năm 1990, các nhà nghiên cứu mới chế tạo ra những chiếc máy tính lượng tử đầu tiên.

Đơn vị xử lý chính của điện toán lượng tử là các bit lượng tử hoặc qubit. Qubits được tạo ra trong máy tính lượng tử sử dụng các tính chất cơ học lượng tử của các nguyên tử đơn, hạt nguyên tử phụ hoặc mạch điện siêu dẫn.

Qubits tương tự như các bit được sử dụng bởi các máy tính để bàn trong đó các qubit có thể ở trạng thái lượng tử 1 hoặc 0. Qubits khác nhau ở chỗ chúng cũng có thể ở trạng thái chồng chất của trạng thái 1 và 0, nghĩa là các qubit có thể đại diện cho cả 1 và 0 cùng một lúc.

Khi các qubit ở trạng thái chồng chất, hai trạng thái lượng tử được thêm vào với nhau và dẫn đến trạng thái lượng tử khác. Sự chồng chất có nghĩa là nhiều tính toán được xử lý đồng thời. Vì vậy, hai qubit có thể đại diện cho bốn số cùng một lúc. Các máy tính thông thường xử lý các bit chỉ trong một trong hai trạng thái có thể, 1 hoặc 0 và các phép tính được xử lý cùng một lúc.

Máy tính lượng tử cũng sử dụng sự vướng víu để xử lý qubit. Khi một qubit bị vướng víu, điều đó có nghĩa là trạng thái của qubit đó phụ thuộc vào trạng thái của một qubit khác để một qubit tiết lộ trạng thái của cặp không quan sát được.

Ngôn ngữ lập trình máy tính lượng tử

Các thuật toán lượng tử cung cấp khả năng phân tích dữ liệu và đưa ra các mô phỏng dựa trên dữ liệu. Các thuật toán này được viết bằng ngôn ngữ lập trình tập trung vào lượng tử. Một số ngôn ngữ lượng tử đã được phát triển bởi các nhà nghiên cứu và các công ty công nghệ. Dưới đây là một vài ngôn ngữ phổ biến nhất gồm:

• QISKit: Bộ phần mềm thông tin lượng tử của IBM là một thư viện đầy đủ để viết, mô phỏng và chạy các chương trình lượng tử.
• Q#: Ngôn ngữ lập trình có trong Bộ công cụ phát triển lượng tử của Microsoft. Bộ công cụ phát triển bao gồm một thư viện thuật toán và mô phỏng lượng tử.
• Cirq: Một ngôn ngữ lượng tử được phát triển bởi Google sử dụng thư viện python để viết các mạch và chạy các mạch này trong các máy tính và mô phỏng lượng tử. 
• Forest : Một môi trường dành cho nhà phát triển được tạo bởi Rigetti Computing, được sử dụng để viết và chạy các chương trình lượng tử.

Ai nên sử dụng máy tính lượng tử?

Máy tính lượng tử thực sự đã gần phổ biến chỉ trong vài năm qua và chỉ có một vài công ty công nghệ lớn có máy tính lượng tử. Một số công ty công nghệ này bao gồm Google, IBM, Intel và Microsoft. Những nhà lãnh đạo công nghệ này đang làm việc với các nhà sản xuất, các công ty dịch vụ tài chính và các công ty công nghệ sinh học để giải quyết nhiều vấn đề khác nhau.

Sự sẵn có của các dịch vụ máy tính lượng tử và sự tiến bộ về sức mạnh tính toán mang đến cho các nhà nghiên cứu và nhà khoa học các công cụ mới để tìm giải pháp cho các vấn đề mà trước đây không thể giải quyết được. Điện toán lượng tử đã giảm lượng thời gian và tài nguyên cần thiết để phân tích lượng dữ liệu đáng kinh ngạc, tạo mô phỏng về dữ liệu đó, phát triển giải pháp và tạo ra các công nghệ mới khắc phục sự cố.

• Kinh doanh và công nghiệp sử dụng điện toán lượng tử để khám phá những cách thức kinh doanh mới. Dưới đây là một số ngành nghề nên sử dụng công nghệ lượng tử gồm:
• Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ đang sử dụng điện toán lượng tử để điều tra một cách tốt hơn để quản lý giao thông hàng không.
• Các công ty tài chính và đầu tư hy vọng sẽ sử dụng điện toán lượng tử để phân tích rủi ro và lợi nhuận của các khoản đầu tư tài chính, tối ưu hóa các chiến lược danh mục đầu tư và giải quyết các chuyển đổi tài chính.
• Các nhà sản xuất đang áp dụng điện toán lượng tử để cải thiện chuỗi cung ứng của họ, tạo ra hiệu quả trong quy trình sản xuất và phát triển các sản phẩm mới.
• Các công ty công nghệ sinh học đang khám phá những cách để đẩy nhanh việc phát hiện ra các loại thuốc mới.

Cách tìm và sử dụng máy tính lượng tử 

Điều này có nghĩa là bạn sẽ sớm có một máy tính lượng tử? Một số nhà khoa học máy tính đang nghiên cứu khả năng mô phỏng điện toán lượng tử trên máy tính để bàn.

Trong khi bạn chờ đợi máy tính lượng tử của mình, có một số cơ hội để thử nghiệm các thiết bị và mô phỏng lượng tử. Nhiều công ty công nghệ lớn nhất thế giới cung cấp dịch vụ lượng tử. Các dịch vụ lượng tử này, khi được kết hợp với máy tính để bàn và hệ thống, tạo ra một môi trường nơi xử lý lượng tử được sử dụng cùng với máy tính để bàn để giải quyết các vấn đề phức tạp.

• IBM cung cấp môi trường IBM Q với quyền truy cập vào một số máy tính lượng tử thực và mô phỏng mà bạn có thể sử dụng thông qua đám mây.
• Alibaba Cloud cung cấp nền tảng đám mây điện toán lượng tử nơi bạn có thể chạy và kiểm tra mã lượng tử được xây dựng tùy chỉnh.
• Microsoft cung cấp bộ công cụ phát triển lượng tử bao gồm ngôn ngữ lập trình Q#, trình mô phỏng lượng tử và thư viện phát triển mã sẵn sàng sử dụng.
• Rigetti có một nền tảng đám mây đầu tiên lượng tử hiện đang trong giai đoạn thử nghiệm. Nền tảng của họ được cấu hình sẵn với SDK rừng của họ.

Kết luận: Điện toán lượng tử vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, nhưng nó có tiềm năng giải quyết các vấn đề phức tạp nhất thế giới với tốc độ ánh sáng. Mọi người đều đoán được máy tính lượng tử sẽ phát triển đến mức nào và tính khả dụng của máy tính lượng tử.