Hướng dẫn tìm hiểu sơ bộ về điện toán lượng tử

Một chiếc máy tính lượng tử có thể giải quyết một số loại vấn đề nhanh hơn máy tính cổ điển bằng cách tận dụng các hiệu ứng cơ học lượng tử, chẳng hạn như chồng chất và giao thoa lượng tử.

• Học thạc sĩ giáo dục online 2024 cần điều kiện gì?
• Top 5 trung tâm đào tạo trực tuyến công nghệ thông tin uy tín
• Hệ thống đào tạo trực tuyến LMS là gì? Cách học online mới cho các bạn đi làm
• Hệ thống đào tạo trực tuyến elearning nào ở Việt Nam được tin cậy
• Review trung tâm đào tạo trực tuyến đại học mở

Điện toán lượng tử là một lĩnh vực đa ngành bao gồm khoa học máy tính, vật lý và toán học sử dụng cơ học lượng tử để giải quyết các vấn đề phức tạp nhanh hơn các phương thức điện toán truyền thống.

Điện toán lượng tử là gì

Lĩnh vực điện toán lượng tử bao gồm nghiên cứu phần cứng và phát triển ứng dụng. Một chiếc máy tính lượng tử có thể giải quyết một số loại vấn đề nhanh hơn máy tính cổ điển bằng cách tận dụng các hiệu ứng cơ học lượng tử, chẳng hạn như chồng chất và giao thoa lượng tử. Một số ứng dụng mà máy tính lượng tử có thể thúc đẩy bao gồm máy học (ML), tối ưu hóa và mô phỏng các hệ thống vật lý. Điện toán lượng tử cũng có thể được áp dụng trong việc tối ưu hóa danh mục đầu tư lĩnh vực tài chính hoặc mô phỏng các hệ thống hóa học, giải quyết các vấn đề hiện không thể thực hiện được đối với ngay cả những siêu máy tính mạnh nhất trên thị trường.

Lợi thế của điện toán lượng tử là gì?

Hiện tại, không có máy tính lượng tử nào có thể thực hiện một tác vụ hữu ích nhanh hơn, rẻ hơn hoặc hiệu quả hơn máy tính cổ điển. Lợi thế của điện toán lượng tử là một hệ thống lượng tử có thể thực hiện các hoạt động mà máy tính cổ điển tốt nhất không thể mô phỏng.

Cơ học lượng tử là gì?

Cơ học lượng tử là lĩnh vực vật lý nghiên cứu hành vi của các hạt ở cấp độ vi mô. Ở cấp độ hạ nguyên tử, các phương trình mô tả cách các hạt hoạt động khác với các phương trình mô tả thế giới vĩ mô xung quanh chúng ta. Máy tính lượng tử tận dụng những mô tả này để thực hiện tính toán theo một cách hoàn toàn mới.

Qubit là gì?

Bit lượng tử, hay qubit, được biểu diễn bằng các hạt lượng tử. Thao tác qubit bằng thiết bị điều khiển là cốt lõi sức mạnh xử lý của máy tính lượng tử. Qubit trong máy tính lượng tử tương tự như bit trong máy tính cổ điển. Về cốt lõi, bộ xử lý của máy cổ điển thực hiện tất cả công việc của nó bằng cách thao tác với các bit. Tương tự, bộ xử lý lượng tử thực hiện tất cả công việc thông qua các qubit.

Qubit khác với bit cổ điển như thế nào?

Trong điện toán cổ điển, một bit là tín hiệu điện tử bật hoặc tắt. Do đó, giá trị của bit cổ điển có thể là một (bật) hoặc không (tắt). Tuy nhiên, vì qubit dựa trên các định luật cơ học lượng tử nên nó có thể được đặt ở trạng thái chồng chất.

Các nguyên tắc của điện toán lượng tử là gì?

Một máy tính lượng tử hoạt động bằng cách sử dụng các nguyên tắc lượng tử. Các nguyên tắc lượng tử yêu cầu một từ điển thuật ngữ mới để được hiểu đầy đủ, các thuật ngữ bao gồm sự chồng chập lượng tử, vướngmắc lượng tử và mất liên kết lượng tử. Hãy cùng tìm hiểu những nguyên tắc này dưới đây.

Chồng chập lượng tử (quantum superposition)

Sự chồng chập giống như sóng trong vật lý cổ điển, có thể thêm hai hoặc nhiều trạng thái lượng tử và kết quả sẽ là một trạng thái lượng tử khác. Từ đó suy ra cũng có thể biểu diễn mọi trạng thái lượng tử dưới dạng tổng của hai hoặc nhiều trạng thái riêng biệt khác. Sự chồng chập của các qubit này mang lại cho máy tính lượng tử tính song song vốn có của chúng, cho phép chúng xử lý đồng thời hàng triệu hoạt động.

Vướng mắc lượng tử (quantum entanglement)

Hiện tượng vướng mắc lượng tử xảy ra khi hai hệ thống liên kết kiến thức chặt chẽ đến mức kiến thức về một hệ thống có thể cung cấp cho bạn ngay lập tức thông tin về hệ thống kia, bất kể chúng cách nhau bao xa. Bộ xử lý lượng tử có thể đưa ra kết luận về một hạt bằng cách đo một hạt khác. Ví dụ, họ có thể xác định rằng nếu một qubit quay lên trên thì qubit kia sẽ luôn quay xuống dưới và ngược lại. Vướng mắc lượng tử cho phép máy tính lượng tử giải các bài toán phức tạp nhanh hơn.

Khi một trạng thái lượng tử được đo, hàm sóng sẽ sụp đổ và bạn đo trạng thái đó bằng 0 hoặc bằng 1. Ở trạng thái xác định hoặc đã biết này, qubit hoạt động như một bit cổ điển. Sự vướng mắc lượng tử là khả năng các qubit tương quan trạng thái của chúng với các qubit khác.

Mất liên kết lượng tử (quantum decoherence)

Mất liên kết lượng tử là sự mất trạng thái lượng tử trong một qubit. Các yếu tố môi trường, như bức xạ có thể khiến trạng thái lượng tử của qubit sụp đổ. Một thách thức kỹ thuật lớn trong máy tính lượng tử là thiết kế các tính năng khác nhau nhằm trì hoãn sự mất kết hợp của trạng thái lượng tử, chẳng hạn như xây dựng các cấu trúc đặc biệt che chắn các qubit khỏi các trường bên ngoài.

Kết luận

Nghiên cứu về điện toán lượng tử tìm hiểu các giới hạn vật lý của quá trình xử lý thông tin và đang tạo ra nền tảng mới trong vật lý cơ bản. Nghiên cứu này dẫn đến những tiến bộ trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghiệp, chẳng hạn như hóa học, tối ưu hóa và mô phỏng phân tử. Đây cũng là một lĩnh vực ngày càng được quan tâm đối với các dịch vụ tài chính để dự đoán các chuyển động của thị trường nhằm cải thiện hoạt động sản xuất.

Quỳnh Anh (dịch từ Amazon.com: https://aws.amazon.com/what-is/quantum-computing/)

Tin liên quan:

• NamiTech- FUNiX hợp tác chiến lược ứng dụng ChatGPT trong giáo dục
• FUNiX mở rộng hợp tác tại Nhật, thêm cơ hội việc làm cho học viên
• Xây dựng văn hóa học tập: Biến suy thoái thành cơ hội
• Chuyện nữ sinh học trực tuyến để tốt nghiệp đại học sớm
• 5 cách tìm việc IT khôn ngoan cho người ít kinh nghiệm
• Nhân sự nghỉ việc từ công ty lớn khó khăn thích nghi với startup