Máy tính lượng tử là gì? Tìm hiểu về máy tính lượng tử

Bài viết được sự cho phép của tác giả Kiên Nguyễn

Như các bạn đã biết, các máy tính hiện đại ngày nay có bộ xử lý trung tâm là CPU (hay còn gọi là Chip) đang dần đạt đến giới hạn vật lý có thể đạt được.

Hiện tại là tiến trình 7nm, tương lai các CPU chỉ còn 2nm thậm chị là 1nm. Khi các bóng bán dẫn đạt tới mức này, việc thu nhỏ thêm là vô cùng khó khăn.

Nhiều chuyên gia và người yêu công nghệ cho rằng, để thay cho giải pháp bóng bán dẫn, các nhà khoa học sẽ nghiên cứu tới các máy tính lượng tử (cấp độ phân tử).

#1. Máy tính lượng tử là gì?

Khác với máy tính kỹ thuật số, máy tính lượng tử hoạt động dựa trên hoạt động của cơ học lượng tử, để xử lý dữ liệu đầu vào. Như vậy, hiểu đơn giản máy tính lượng tử là máy tính hoạt động trên cơ sở của những hạt lượng tử.

Các hoạt động chủ yếu của lượng tử được áp dụng vào máy tính lượng tử là tính chồng chập và vướng víu lượng tử.

Không giống với các máy tính kỹ thuật số thông dụng ngày nay, dữ liệu được mã hóa thành số nhị phân (bit) và gán cho nó 2 giá trị TẮT và MỞ tương ứng là 0 và 1. Và nó chỉ có thể nhận được 1 trong 2 giá trị 0 hoặc 1.

Còn các máy tính lượng tử sử dụng đơn vị là “qubits” (quantum bits, bits lượng tử ) với các giá trị nằm trong khoảng từ 0 tới 1. Nó có thể nhận được cả 2 giá trị 0 và 1 cùng một lúc.

Để có thể giải thích thì nguyên lý hoạt động của máy tính lượng tử dựa trên 2 hoạt động cơ học là tính chồng chập và vướng víu lượng tử là rất khó hiểu với đại đa số chúng ta, nên mình xin phép không đề cập đến.

Chúng ta chỉ cần biết rằng máy tính lượng tử là máy tính từ những hạt cơ bản (lượng tử) và nó hoạt động nhờ trên các hoạt động của cơ học lượng tử.

#2. Khả năng tính toán gấp nhiều lần so với máy tính kỹ thuật số

Theo nghiên cứu, các máy tính lượng tử có khả năng xử lý theo cấp số nhân (theo số lượng qubits). Chỉ với việc tăng một số lượng nhỏ qubits thì ta sẽ có gấp nhiều lần năng lực xử lý của máy tính.

Tuy nhiên, đó là chỉ là trên lý thuyết, việc thêm một lượng qubits phải đảm bảo không có lỗi nào trong quá trình xảy ra rối lượng tử và chỉ vài sai lệnh nhỏ trong vấn đề tính toán là mọi việc đều công cốc.

#3. Máy tính lượng tử có hình dạng như thế nào?

Không giống với các máy tính thông thường, các máy tính lượng tử có hình dáng khá là đặc biệt, chúng trông giống như một chiếc đèn chùm khổng lồ và các chuyên gia cũng gọi đó là kiến trúc đèn chùm.

Hình dạng máy tính lượng tử

Cũng giống như các máy tính thông thường, máy tính lượng tử cũng có một nhân trung tâm là một siêu chip với các qubit được sắp xếp theo dạng bàn cờ vua.

Nhân chip và cụ thể là các qubits có cấu tạo là các vi tụ điện được làm từ Niobium với độ cứng ngang với Titan.

Các cực của qubit được làm để dao động, và không duy trì một trạng thái cố định nào, chính vì lý do này nên máy tính lượng tử có khả năng xử lý mạnh hơn máy tính thông thường.

Nhân chip máy tính lượng tử

Con chip này được đặt trong một trường vi sóng điện từ, hoạt động trong điều kiện lạnh, cực lạnh, thậm chí ở mức gần 0^oK.

Để đạt được ngưỡng nhiệt này, cách hiệu quả và ít tốn kém nhất hiện tại là  máy tính sẽ được nhấn chìm trong một bể Heli lỏng.

#4. Phần mềm của máy tính lượng tử

Nếu bạn trông chờ máy tính lượng tử cũng chạy hệ điều hành, hay các soft như máy tính thông thường thì đã làm các bạn thất vọng rồi. Thực tế thì hiện nay không có một phần mềm nào hoạt động được trên máy tính lượng tử.

Để kiểm tra khả năng xử lý của máy tính, các chuyên gia đã phải nghiên cứu ra các tác vụ công cụ riêng đặc biệt có thể nói là độc nhất vô nhị để chạy trên siêu máy tính này.

Có thể thấy rõ, tuy chúng ta đã đạt được những bước tiến lớn trong ngành này nhưng vẫn chưa thể áp dụng lên thực tiễn được.

Nếu so sánh với việc sản xuất máy bay thì chúng ta chỉ đang ở giai đoạn những chiếc máy bay đầu tiên trên thế giới, chỉ nhấc lên khỏi mặt đất chứ không thể gọi là bay đúng nghĩa.

Sẽ còn quá sớm để nói rằng máy tính lượng tử sẽ được ứng dụng vào cuộc sống, ít nhất cũng cần 40 tới 50 năm nữa chúng ta mới có được những chiếc máy lượng tử ứng dụng vào phổ thông.

Trong khoảng thời gian đó, máy tính kỹ thuật số sẽ đứng trước chướng ngại vật lý về kích thước bóng bán dẫn, chúng ta chỉ có thể chờ xem liệu tiến bộ khoa học sẽ làm gì với rào cản này.

Trên đây là bài viết cơ bản nhất về máy tính lượng tử, một ngành khoa học mới và vô cùng phức tạp. Bài viết nhằm đem lại cho các bạn những kiến thức cơ bản và dễ hiểu nhất về máy tính lượng tử nên không tránh khỏi những thiếu sót.

Bài viết gốc được đăng tải tại blogchiasekienthuc.com

Có thể bạn quan tâm:

• 8 ý tưởng thu nhập phụ cho lập trình viên
• Học lập trình Java từ đâu và như thế nào?
• Máy học – Machine Learning và một vài hạn chế.

Xem thêm Tìm việc IT hấp dẫn trên TopDev