Máy tính lượng tử là gì 262

Google chế máy tính lượng tử, mạnh hơn siêu máy tính mạnh nhất hiện tại cả tỉ lần

 

 

Máy tính lượng tử Sycamore của Google – Ảnh: Google

Ngày 23-10, Google đã công bố trên tạp chí Nature về máy tính lượng tử mới của họ, với sức mạnh đã đạt tới tốc độ được gọi là “ưu thế lượng tử”.

Với loại máy tính mới này, một kỷ nguyên số mới đã được khai phá khi chúng ta có thể sử dụng máy tính lượng tử để tìm ra các loại thuốc mới, tăng khả năng của trí thông minh nhân tạo…

Tuy nhiên, điều đáng ngại là loại máy tính mới này có thể rơi vào tay kẻ xấu và chúng sẽ dễ dàng bẻ khóa các mã hóa bảo vệ một số bí mật được bảo vệ chặt chẽ nhất trên thế giới hiện nay.

Các nhà khoa học của Google cho biết việc sử dụng thực tế như vậy có lẽ vẫn còn mất hàng thập niên nữa. Nhưng những phát hiện mới nhất, được công bố trên tạp chí khoa học Nature “cho thấy việc tăng tốc lượng tử có thể đạt được trong một hệ thống trong thế giới thực và không bị loại trừ bởi bất kỳ định luật vật lý ẩn giấu nào”.

Hiện cả Microsoft, IBM và Intel đều lao vào nghiên cứu máy tính lượng tử, nhằm xử lý lượng lớn thông tin thu thập được của họ một cách nhanh chóng hơn.

Khác với máy tính thông thường sử dụng Bit để lưu trữ thông tin tính toán, máy tính lượng tử sử dụng Qubit. Khác với Bit chỉ lưu trữ thông tin ở một trong hai trạng thái là 0 hoặc 1 (có hoặc không) trong một thời điểm, thì Qubit lại có thể thể cùng lúc lưu trữ nhiều trạng thái khác nhau.

Cụ thể, theo các thể thức, số trạng thái mà Qubit có thể biểu diễn được tạo thành một tổ hợp dạng cầu, với các điểm trên khối cầu (block) là một điểm trạng thái. Vì vậy, trên lý thuyết Qubit có khả năng biểu diễn thông tin lượng tử lên đến vô hạn chứ không phải chỉ là 0 hoặc 1 như Bit cổ điển.

Chính vì tốc độ tính toán quá nhanh như vậy, máy tính lượng tử của Google phải được đặt trong một vùng lạnh, có nhiệt độ lạnh hơn cả trong không gian để kiểm soát trạng thái của Qubit.

Google cho biết bộ xử lý lượng tử của họ, được gọi là Sycamore, đã hoàn thành một phép tính trong 3 phút 20 giây, và sẽ phải mất 10.000 năm với siêu máy tính nhanh nhất thế giới hiện nay để làm điều tương tự.

Tuy nhiên, tuyên bố của Google nhanh chóng bị các đối thủ công nghệ chỉ trích. IBM nhanh chóng lên tiếng cho rằng siêu máy tính Summit của họ có thể thực hiện phép tính tương tự chỉ trong 2 ngày rưỡi chứ không phải 10.000 năm như Google công bố.

Google cũng nhanh chóng bác bỏ tuyến bố của IBM. Tuy nhiên, dù máy tính lượng tử của Google có “vượt trội áp đảo” so với các máy tính còn lại hay không thì đây vẫn là một bước tiến lớn trong ngành khoa học tính toán.

Theo Một Thế Giới

4 phút để hiểu rõ về máy tính lượng tử (quantum computing) – Trang Thông Tin

 

 aria-label=

Một vấn đề phức tạp đòi hỏi hàng triệu năm xử lý bang máy tính truyền thống có thể được xử lý trong vài ngày, thậm chí vài giờ bằng máy tính lượng tử. Đây là một đột phá cho hàng loạt nghiên cứu đa ngành từ y tế, năng lượng, hệ thống môi trường, nguyên liệu thông minh và còn nữa.

Thật khó tin đúng không nào? Thực tế, Microsoft đang cố gắng mang máy tính lượng tử vào cuộc song hằng ngày của chúng ta.

YouTube Video

Hãy cùng xem tập 6 trong series Explanimators của Microsoft để hiểu rõ hơn về máy tính lượng tử và tầm ảnh hưởng của nó đến thế giới của chúng ta.

Người dẫn truyện của chúng ta trong tập này là một chú mèo Úc của thế kỷ 19. Vâng, bạn không nhìn nhầm đâu. Chú mèo này là chú mèo của Schrödinger – vật thí nghiệm chính của một thí nghiệm lượng tử cổ điển.

Hãy cùng xem nhé!

Tags: máy tính lượng tử, mèo thí nghiệm, microsoft, quantum computing, Schrödinger, tốc độ nhanh

Máy tính lượng tử với những thách thức lớn

 

Máy tính lượng tử hay còn gọi là Quantum computer, giấc mơ của bất kỳ nhà khoa học máy tính nào, là một máy tính cực nhanh có thể giải mật mã, đưa ra các dự báo thời tiết sớm, hay đánh bại một đại kiện tướng cờ vua chỉ trong một giây. Ngày nay, nếu máy tính lượng tử vẫn được coi là khoa học viễn tưởng thì nó cũng không thể ngăn cản các nhà toán học và vật lý học nghiên cứu phác thảo các nét chính về hoạt động của một máy tính lượng tử. Nguyên lý cơ bản của nó là tận dụng các quy luật cơ học lượng tử cho phép một hạt, một nguyên tử hoặc một phân tử tồn tại ở hai trạng thái cùng một lúc. Trong khi các máy tính hiện nay lưu trữ dữ liệu dưới dạng các bit ở một trong hai trạng thái hoặc là 0 hoặc là 1, thì máy tính lượng tử lưu trữ dữ liệu bằng các bit lượng tử (hay còn gọi là qubit) ở đồng thời cả hai trạng thái là 0 và 1.

Ưu điểm của máy tính lượng tử là khả năng lưu trữ (về nguyên tắc) thông tin của một số lượng lớn các giải pháp tiềm năng cho một vấn đề trong cùng một bộ nhớ và – bằng cách ứng dụng các thuật toán phù hợp- xử lý tất các các giải pháp này trong cùng một thời điểm. Điều này sẽ biến tất cả siêu máy tính hiện nay thành những di vật thời kỳ đồ đá.

Con đường dài phía trước

Liệu máy tính lượng tử có trở thành hiện thực? Và nếu có, nó có tạo ra những điều thực sự kỳ diệu không? Không có gì khó tin hơn!. Máy tính lượng tử bắt đầu từ một ý tưởng giản đơn xuất hiện vào những năm 1980 do Richard Feynman, một nhà vật lý học đã được giải Nobel khởi xướng. Theo Julia Kempe: “Feynman giải thích rằng, máy tính lượng tử có khả năng tính toán các thuộc tính của hạt lượng tử, như electron, nhanh hơn rất nhiều so với máy tính truyền thống. Mỗi electron có thể được mã hoá trong một qubit, trong khi phải cần đến một số lượng lớn các bit truyền thống để mã hoá nhiều trạng thái khác nhau trong cùng một thời điểm. Nhưng đây vẫn chỉ là trên ý tưởng”. Năm 1994, Peter Shor, một nhà nghiên cứu tại AT&T Laboratories, Mỹ, đã chứng minh rằng một máy tính lượng tử có thể phân tích một số ra thừa số nguyên tố trong thời gian ngắn kỷ lục, điều này đủ để làm cho các nhà mã hoá phải kinh ngạc, vì cho đến nay việc phân tích một số ra thừa số nguyên tố đòi hỏi rất nhiều thời gian. Đó chính là chìa khoá cho tất cả các hệ mật mã, dù là thẻ tín dụng hay tài liệu tối mật. Năm 1997, Lov Grover, một nhà nghiên cứu tại AT&T, chứng minh rằng một máy tính sử dụng qubit có thể nâng cao đáng kể hiệu quả của các thuật toán nhằm mục đích tìm kiếm thông tin trong cơ sở dữ liệu. Mặc dù tại thời điểm đó các nhà toán học và vật lý học đã nỗ lực để chứng minh lợi ích của máy tính lượng tử nhưng chúng vẫn còn quá xa vời. Trên thực tế, cho đến nay, không ai biết chính xác một qubit sẽ được làm từ nguyên tử, ion, phân tử, electron hay mạch siêu dẫn. Hơn nữa, môi trường của nó là ở thể rắn, lỏng hay khí? Tất cả vẫn còn là một bí ẩn.

Hiện nay, một số nhà nghiên cứu trên thế giới đã thử nghiệm các loại vật liệu tiềm năng có thể sử dụng như là thành tố cơ bản trong vi xử lý lượng tử tương lai. “Chúng tôi đang nghiên cứu các qubit ở cả hai trạng thái 0 và 1 tương ứng với các trạng thái spin (trạng thái chuyển động quay của hạt quanh chính nó) của các phân tử hoặc ion kim loại nhất định”, Bernard Barbara, nhà nghiên cứu thuộc Institut Néel ở Grenoble, giải thích.

Sự mất kết hợp được coi là kẻ thù

Đối với các nhà vật lý, chế tạo ra máy tính lượng tử có thể sử dụng được vẫn còn rất xa vời. Giờ đây, họ đang cố gắng hết sức mình, vượt qua khó khăn tiềm ẩn trên con đường đi đến máy tính lượng tử: cái gọi là sự mất kết hợp (decoherence). Theo Barbara: “Bất kỳ hệ thống nào có nhiều trạng thái xếp chồng lượng tử đều dễ bị sụp đổ. Thông qua tương tác với môi trường, nó có thể mất các thuộc tính được yêu cầu cho bất kỳ việc tính toán lượng tử nào trong một phần nhỏ của giây, và càng có nhiều qubit thì máy tính càng dễ sụp đổ”. Hiện nay, Issac Chuang, nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ), là người thực hiện thành công nhất trong việc tính toán bằng qubit. Năm 2011, bằng việc sử dụng spin hạt nhân một cách hiệu quả với dung lượng 7 qubit, các nhà nghiên cứu đã thử phân tích số 15 , chỉ ra rằng đó là tích các thừa số nguyên tố là 3 và 5. “Nhưng để thực sự có hiệu quả thì một máy tính lượng tử cần vài nghìn qubit và có thể kết hợp chúng để thực hiện các phép tính logic”, Barbara cho biết.

Đối với hầu hết các nhà khoa học, hai hệ thống hiện nay đều mang lại các triển vọng lớn. Chúng bao gồm các qubit siêu dẫn, hoặc các vi mạch điện tử cho phép dòng điện chảy theo hai hướng tại cùng một thời điểm. “Chúng rất dễ sản xuất, nhân bản và có thể đặt trong các chip với một vài siêu dẫn qubit”, Barbara cho biết. Sự phát triển tiếp theo và cũng đầy hứa hẹn liên quan tới “các ion khí được giữ lại bởi các tia laser cực mạnh từ đó tạo ra vài phút có sự gắn kết, mặc dù các hệ thống bị hạn chế tương đối”.

Barbara thừa nhận: “Máy tính lượng tử vẫn còn một chặng đường đi dài, nhưng tôi nghĩ nó sẽ thành hiện thực chỉ trong vài thập kỷ tới”. Còn Miklos Santha, nhà nghiên cứu cũng tại LRI thì ít lạc quan hơn: “Chúng tôi rốt cuộc có thể tìm ra được thứ ngăn cản khả năng của máy tính lượng tử”.

Nếu máy tính lượng tử trở thành hiện thực thì nó sẽ vẫn không phải là máy tính cuối cùng, khi khả năng tiết kiệm thời gian của nó chỉ có thể được áp dụng để giải quyết những vấn đề tđặc thù nào đó. “Trong khi máy tính lượng tử có lợi ích lớn trong việc phân tích rmột số ra thừa số thì nó kém hơn trong việc tìm kiếm các dữ liệu chưa được phân loại, hay xác định đường đi ngắn nhất trên bản đồ hoặc chơi trò chơi cờ tướng và còn nữa”, Santha lưu ý. “Máy tính lượng tử sẽ có chút ích lợi trong việc sắp xếp các kiểu dữ liệu khác, lấy ví dụ như danh sách đã được phân loại”.

Điều này có nghĩa nghiên cứu máy tính lượng tử là vô nghĩa? Rất khó để khẳng định. “Nên hay không nên xây dựng một máy tính lượng tử, nghiên cứu của chúng tôi giúp chúng tôi hiểu cách làm thế nào để kiểm soát các quy luật lượng tử và hiểu về các nguyên tắc cơ bản tốt hơn”, Barbara giải thích. Còn đối với Kempe, bà nhấn mạnh vào lợi ích của việc phát triển các thuật toán lượng tử: “Chúng đại diện cho các công cụ toán học mạnh nhất để giải quyết các câu hỏi cơ bản có liên quan đến những vấn đề phức tạp, và cũng là để nghiên cứu xem máy tính truyền thống có thể và không thể làm được gì. Cuối cùng, khi mà các thuật toán phân tích lượng tử đe doạ mã hoá cổ điển thì việc phát triển mã hoá lượng tử trở nên cần thiết và đã được sử dụng để trao đổi các dữ liệu mật”. Không ai biết liệu máy tính lượng tử sẽ thành hiện thực hay không. Nhưng điều đó không còn quan trọng nữa. Ngay cả khi không thể thành hiện thực thì máy tính lượng tử vẫn là một nguồn cảm hứng nghiên cứu vô tận, một giấc mơ muốn có được của bất kỳ nhà khoa học chân chính nào.

Theo CNRS
Minh Tâm

Các bài viết khác:

IBM chuẩn bị ra mắt máy tính lượng tử mạnh nhất thế giới với 53-qubit

 

IBM tiếp tục thúc đẩy nỗ lực của mình đối với lĩnh vực điện toán lượng tử và hôm qua hãng này thông báo, họ sắp đưa khả năng tính toán lượng tử 53-qubit tới khách hàng của mình trên mạng lưới IBM Q Network. Khi được kết nối trực tuyến vào giữa tháng tới, đây sẽ là hệ thống máy tính lượng tử phổ thông lớn nhất cho đến nay.

Hệ thống máy tính mới này sẽ là một phần trong Trung tâm Điện toán Lượng tử mới của IBM ở bang New York. Về cơ bản, trung tâm mới này là một trung tâm dữ liệu dành cho các máy tính lượng tử của IBM và nó sẽ được trang bị 5 máy tính lượng tử 20-qubit. Con số này sẽ tăng lên 14 máy tính lượng tử trong tháng tới. IBM hứa hẹn dành ra 95% dịch vụ hiện có của mình cho các máy tính lượng tử này.

IBM chuẩn bị ra mắt máy tính lượng tử mạnh nhất thế giới với 53-qubit - Ảnh 1.

 

IBM nhấn mạnh thêm rằng, máy tính lượng tử 53-qubit này sẽ mang đến một số kỹ thuật mới nhằm cho phép công ty triển khai các hệ thống ổn định hơn, lớn hơn cho điện toán đám mây. Nó được trang bị nhiều thiết bị điện tử tùy chỉnh gọn gàng hơn nhằm cải thiện khả năng mở rộng và giảm tỷ lệ lỗi, cũng như bộ xử lý với thiết kế mới.

Dario gil, giám đốc IBM Research cho biết: “Động lực toàn cầu của chúng tôi lớn đến mức phi thường khi chúng tôi lần đầu đưa máy tính lượng tử lên đám mây vào năm 2016, với mục tiêu dịch chuyển điện toán lượng tử ra ngoài các phòng thí nghiệm biệt lập mà chỉ có một số ít các tổ chức mới có thể có được, và đặt vào tay hàng chục nghìn người dùng khác.”

“Mục tiêu duy nhất của cộng đồng đầy nhiệt huyết này là là đạt được điều mà chúng tôi Quantum Advantage, tạo nên các hệ thống máy tính lượng tử đầy sức mạnh để cuối cùng có thể giải quyết các vấn đề thực sự mà khách hàng chúng tôi đang phải đối mặt, điều không thể thực hiện được khi sử dụng các giải pháp cổ điển ngày nay. Và bằng cách làm nên các máy tính lượng tử mạnh hơn nữa, chúng tôi tin rằng mục tiêu đó có thể đạt được.”

Hiện tại chương trình lượng tử của công ty cũng đang hỗ trợ hơn 80 đối tác là các khách hàng thương mại, các viện nghiên cứu và các phòng thí nghiệm nghiên cứu. Một vài trong số họ đã bắt đầu sử dụng các máy tính hiện có để giải quyết những vấn đề gặp phải, cho dù kỹ thuật hiện tại của điện toán lượng tử mới chỉ sẵn sàng cho các mục đích thử nghiệm và kiểm tra các thuật toán cơ bản mà thôi.

Tham khảo TechCrunch

Nguồn: Genk.vn

Công nghệ lượng tử được đánh giá là cuộc cách mạng máy tính tiếp theo, cả Mỹ và Trung Quốc đều đang chạy đua vị trí số 1 – Bảo Mật Mạng, An Ninh Mạng

 

Mỹ tập trung vào phần cứng lượng tử, Trung Quốc phát triển phần mềm lượng tử. Cả hai đều có những lợi thế của riêng mình.

Trung Quốc và Mỹ đang chạy đua phát triển công nghệ máy tính, nhằm hướng đến những hệ thống máy tính lượng tử với khả năng xử lý vượt trội so với máy tính hiện nay. Cả hai nước đều đang đầu tư những khoản tiền khổng lồ, để có thể sở hữu những chiếc máy tính lượng tử mạnh mẽ nhất thế giới.

Trong máy tính thông thường, dữ liệu chỉ được lưu dưới dạng 0 và 1, còn máy tính lượng tử sử dụng qubit – quantum bit, bit lượng tử, cho phép máy tính ghi dữ liệu ở nhiều trạng thái cùng lúc (ví dụ có thể là 0, có thể là 1 hoặc có thể cùng lúc là 0 và 1), cho phép nó xử lý được những phép tính phức tạp hơn.

 data-original=

Tổng chi phí đầu tư cho công nghệ máy tính lượng tử của Trung Quốc không được tiết lộ. Tuy nhiên theo báo cáo mới nhất, Chính phủ nước này sẽ xây dựng một Phòng thí nghiệm Quốc gia về Khoa học thông tin lượng tử có trị giá 10 tỷ USD, dự kiến mở cửa vào năm 2020.

Trong khi đó, chi phí đầu tư của Mỹ là 200 triệu USD mỗi năm, theo báo cáo năm 2016. Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng số tiền đó sẽ còn tăng lên gấp nhiều lần trong một vài năm tới. Microsoft và IBM chính là hai công ty công nghệ tại Mỹ đang dẫn đầu trong lĩnh vực máy tính lượng tử này.

Hệ thống máy tính vô hiệu hóa hoàn toàn khả năng bị hacker tấn công

Một trong những ứng dụng quan trọng của máy tính lượng tử mà cả Mỹ và Trung Quốc đều muốn phát triển, đó chính là mã hóa. Máy tính lượng tử với khả năng xử lý vô cùng mạnh mẽ, có thể tạo ra những mã hóa không thể bị phá vỡ.

 data-original=

Giám đốc điều hành Tony Trippe của công ty phân tích Patinformatics cho biết: “Đây là một hệ thống không thể bị hack. Các dữ liệu được mã hóa cũng không thể bị phá hoại. Trong khi đó, máy tính lượng tử có thể dễ dàng giải mã các dữ liệu được mã hóa bởi máy tính truyền thống”.

Máy tính lượng tử thực sự sẽ trở thành một vũ khí mạnh mẽ trong các cuộc chiến công nghệ cao. Nó không chỉ là bức tường phòng thủ vững chắc, mà còn là một thứ vũ khí sắc bén giúp tấn công vào các hệ thống máy tính khác.

Microsoft, IBM, Intel và Google dẫn đầu phần cứng lượng tử

Các công ty công nghệ của Mỹ như Microsoft, IBM và Alphabet (Google) xem máy tính lượng tử như cuộc cách mạng công nghệ tiếp theo. Chính vì vậy mà các công ty này đã đầu tư rất nhiều vào việc phát triển các hệ thống phần cứng, từ những con chip lượng tử cho đến máy tính lượng tử.

Tại sự kiện CES 2018, Intel đã ra mắt con chip lượng tử Tangle Lake 49 qubit mạnh nhất thế giới. Trong khi đó, IBM tuyên bố đã phát triển thành công một chiếc máy tính 50 qubit trong phòng thí nghiệm. Ngay sau đó, Google ra mắt chip lượng tử Bristlecone 72 qubit mạnh nhất hiện nay, tự tin rằng mình sẽ đạt được Ngôi vương Lượng tử.

 data-original=

Tuy nhiên có một vấn đề rất lớn mà các công ty công nghệ của Mỹ chưa thể giải quyết được, đó là thương mại hóa những chiếc máy tính lượng tử này. Vì gần như tất cả các con chip lượng tử và máy tính lượng tử được chế tạo trong phòng thí nghiệm, mất rất nhiều thời gian và chi phí rất cao.

Giám đốc phần cứng lượng tử của Intel, ông Jim Clarke cho biết: “Có rất nhiều khó khăn cần được giải quyết trước khi đưa những chiếc máy tính lượng tử này vào thương mại hóa. Một trong số đó liên quan đến vật liệu, thiết kế và sản xuất chip lượng tử”.

Microsoft cho biết phải mất khoảng 5 năm nữa, một chiếc máy tính lượng tử thương mại hóa mới có khả năng ra đời. Đó không phải là một khoảng thời gian quá dài, nhưng cũng không quá ngắn để giúp Mỹ dẫn đầu trong xu hướng công nghệ mới này.

Trung Quốc và các bằng sáng chế, phần mềm

Trung Quốc không có các công ty công nghệ như IBM, Intel hay Microsoft. Chính vì vậy thay vì đầu tư vào sản xuất phần cứng lượng tử, Trung Quốc đầu tư vào nghiên cứu công nghệ và các bằng sáng chế, phần mềm để đón đầu xu hướng.

 data-original=

Viện Nghiên cứu Khoa học Quốc gia và Đại học Bắc Kinh là hai nơi đang tiến hành việc nghiên cứu bằng sáng chế và công nghệ lượng tử. Một trong những công nghệ lượng tử mũi nhọn không phải gì khác, mà chính là mã hóa.

Vào tháng 8 năm 2016, Chính phủ Trung Quốc đã đưa vệ tinh lượng tử đầu tiên lên quỹ đạo. Sau đó một năm, vệ tinh này đã thực hiện truyền đi các thông tin được mã hóa “không thể bị hack và phá hoại” đầu tiên từ vũ trụ về Trái đất.

Đây là công nghệ mà Mỹ chưa thực hiện được. Theo giám đốc Viện Vật lý lý thuyết tại Đại học Louisiana, ông Jonathan Dowling thì đây là một vũ khí cực kỳ mạnh mẽ, đặc biệt là đối với các cơ quan tình báo.

Một cuộc chạy đua công nghệ mới đã được bắt đầu, ai là người sẽ về đích trước vẫn còn là điều khó đoán. Mỹ tập trung vào phần cứng lượng tử, Trung Quốc phát triển phần mềm lượng tử. Cả hai đều có những lợi thế của riêng mình.

Theo Genk

Tổ Chức Giáo dục FPT – fpt.edu.vn

Kỹ Sư An Ninh Mạng Quốc Tế FPT Jetking – jetking.fpt.edu.vn

Muốn có máy tính lượng tử không phải dễ | Công nghệ

 

Song đây là công việc đầy thách thức, đặc biệt là khi công nghệ thử nghiệm và một thời từng là “bí truyền” giờ đây đang trở thành công nghệ chủ đạo mà các hãng lớn như IBM, Google, Alibaba và cả nhiều startup như Rigetti và IonQ theo đuổi. Nhu cầu máy tính lượng tử đang tăng nhanh hơn nguồn cung ở một số khu vực quan trọng, theo MIT Technology Review.

Có thể mất nhiều tháng, thậm chí một năm hoặc hơn để làm ra tủ lạnh loãng chuyên dụng, vốn có khả năng hạ nhiệt độ xuống mức lạnh hơn so với không gian bên ngoài để hỗ trợ bit lượng tử (qubit). Qubit là chìa khóa cho sức mạnh của máy tính lượng tử. Một thử thách khác là hệ thống cáp chuyên dụng cần thiết để truyền tín hiệu vi sóng điều khiển qubit.

Vì các thành phần cần thời gian dài để thu thập, tiến trình làm máy tính lượng tử bị cản trở. “Tình hình này làm chậm khả năng của nhóm khi làm việc song song với nghiên cứu trong lĩnh vực này”, Giáo sư Irfan Siddiqi thuộc Đại học California, Berkeley (Mỹ) cho hay.

Công nghệ khan hiếm

 

Muốn có máy tính lượng tử không phải dễ - ảnh 1

 

Ảnh: Đại học California

 

Một lý do khiến việc sản xuất máy tính lượng tử trở nên khó khăn là nó không dùng nhiều cơ sở hạ tầng được phát triển cho máy móc cổ điển. “Chúng dựa trên nhiều nguyên tắc rất lạ, đồng nghĩa với việc chúng có phần cứng thực sự lạ”, Giáo sư Chris Monroe thuộc Đại học Maryland (Mỹ), người cũng là CEO hãng IonQ cho biết.

Không như bit cổ điển có thể đại diện cho 1 hoặc 0, qubit là các hạt nguyên tử có thể chiếm trạng thái lượng tử của cả 1 và 0 cùng lúc, chỉ nhận giá trị xác định khi chúng được đo. Chúng cũng có thể ảnh hưởng lẫn nhau thông qua quá trình được gọi là “entanglement”.

Những tính chất trên một ngày nào đó có thể cho phép cỗ máy lượng tử vượt trội hơn tất cả siêu máy tính cổ điển mạnh nhất. Dù vậy, sản xuất và quản lý qubit còn là thách thức kỹ thuật lớn. Hãng Rigetti, cũng như Google và IBM, đang tập trung vào việc sử dụng nhiều electron chạy qua dây siêu dẫn được làm lạnh đến nhiệt độ khắc nghiệt, điều giải thích sự cần thiết của tủ lạnh pha loãng.

Vấn đề là các khối trụ khổng lồ có thể có giá từ 500.000 USD đến 1 triệu USD mỗi chiếc, được sản xuất theo yêu cầu. Giới nghiên cứu cho hay chỉ một vài doanh nghiệp như BlueFors ở Phần Lan và Oxford Instruments ở Anh là đang sản xuất sản phẩm với chất lượng tốt.

Tủ lạnh cũng đòi hỏi sự kết hợp của nhiều loại khí để làm siêu lạnh, trong đó có helium-3, đồng vị của helium mà ông Johnson cho rằng “đặc biệt khó” tìm. Nó thường là sản phẩm phụ của chương trình nghiên cứu hạt nhân và vũ khí do chính phủ quản lý, do đó nó không sẵn có. Loại khí này hiếm đến mức giá thành có thể lên đến 40.000 USD cho lượng khí đủ làm một tủ lạnh.

Cáp siêu dẫn khó tìm

 

Muốn có máy tính lượng tử không phải dễ - ảnh 3

 

Máy tính lượng tử Q của IBM khi trưng bày ở San Francisco, với thành phần làm lạnh được treo từ trần nhà xuống

Ảnh: Axios

 

Ngoài ra, các dây cáp siêu dẫn mang tín hiệu được dùng để kiểm soát qubit cũng khó tìm. Chúng là loại cáp được thiết kế đặc biệt để dẫn nhiệt rất ít, từ đó không phá vỡ trạng thái lượng tử tinh vi của qubit bên trong tủ lạnh. Johnson cho biết hiện chỉ có một nhà cung ứng chính cho doanh nghiệp của ông, đó là hãng Nhật Bản Coax Co.

Máy tính lượng tử có thể được chế tạo theo nhiều cách khác mà không phụ thuộc vào việc làm đông lạnh. Dù vậy, cách làm này cũng ẩn chứa thách thức riêng. Đơn cử, công ty của ông Monroe bẫy các nguyên tử riêng rẽ trong trường điện từ trên chip silicon trong buồng chân không. Sau đó, họ dùng laser để kiểm soát qubit nguyên tử.

Để quá trình này có kết quả, chip phải có lượng vàng nhỏ trên đó, song một số nhà máy sản xuất silicon tiêu chuẩn chưa được thiết kế để xử lý yêu cầu chuyên biệt như trên. IonQ hiện tập hợp một nhóm nhân viên để phát triển thiết kế chip riêng.

Chuyên gia Siddiqi cho hay ông tận dụng các bài phát biểu tại hội nghị như DesignCon, sự kiện linh kiện điện tử lớn sẽ diễn ra ở Thung lũng Silicon cuối tháng này, để khuyến khích nhiều doanh nghiệp quan tâm hơn đến ngành công nghiệp lượng tử. Kế hoạch quốc gia mới của Mỹ và châu Âu với mục tiêu thúc đẩy khoa học thông tin lượng tử có thể thúc đẩy hoạt động từ các nhà cung ứng tiềm năng.

Startup cũng có ích trong trường hợp này. Đơn cử, Delft Circuits, một hãng non trẻ ở Hà Lan, phát triển công nghệ giúp giám sát và kiểm soát qubit, trong đó có một số dây cáp chuyên dụng để mang tín hiệu vi sóng. Giám đốc công nghệ Jakob Kammhuber của Delft Circuits cho hay trong khi máy tính lượng tử đang mở rộng để quản lý khoảng 100 qubit hiện nay, con số này phải tăng vọt để chúng bắt đầu thực sự hữu ích. Các giải pháp phần cứng sáng tạo cũng cần để kiểm soát máy.

Máy tính lượng tử của Google giải bài toàn 10.000 năm trong vài phút

 

Ngày 23/10, Google tuyên bố đã đạt được Ưu thế Lượng tử – Quantum Supremacy – một bước đột phá trong nghiên cứu máy tính với cái gọi là ‘máy tính lượng tử’ cho phép xử lý chỉ trong vài phút những phép toán mà siêu máy tính mạnh nhất hiện nay cũng phải mất 10.000 năm mới giải được.

Xác nhận chính thức về sự đột phá trong điện toán lượng tử được Google đưa ra trong một bài báo trên tạp chí khoa học uy tín Nature, sau khi dự thảo báo cáo khoa học về nghiên cứu điện toán lượng tử của Google bị rò rỉ từ đó nổ ra những tranh cãi về thành tựu nghiên cứu lượng tử của Gã khổng lồ công nghệ Mỹ có hợp lệ hay không.

Các nhà khoa học máy tính trong nhiều thập kỷ qua đã tìm cách khai thác hành vi của các hạt nguyên tử phụ có thể đồng thời tồn tại ở các trạng thái khác nhau, trái ngược với thế giới “thực tế” mà mọi người nhận thấy xung quanh chúng.

Vì vậy, trong khi điện toán truyền thống dựa vào bit – hệ nhị phân với các số 1 hoặc số 0 – thì máy tính lượng tử sử dụng bit lượng tử hoặc qubit, có thể là 1 và 0 cùng một lúc.

 width=

Máy tính lượng tử của Google đã thực hiện một phép toán trong 200 giây, trong khi siêu máy tính nhanh nhất thế giới hiện nay phải mất 10.000 năm. Ảnh: Reuters

Thuộc tính này, được gọi là chồng chất (superposition), nhân lên theo cấp số nhân khi các qubit được kết nối với nhau. Càng nhiều qubit có thể được xâu chuỗi lại với nhau, máy tính lượng tử càng trở nên mạnh mẽ hơn.

Nhưng có một nhược điểm: Các nhà nghiên cứu lượng tử cần làm mát các qubit gần bằng 0 tuyệt đối để hạn chế rung động, hoặc tiếng ồn, có thể gây ra lỗi trong quá trình xử lý phép toán của máy tính lượng tử. Và đây chính là nhiệm vụ cực kỳ thách thức mà nhóm nghiên cứu của Google đã đạt được tiến bộ đáng kể.

Giám đốc điều hành Google Sundar Pichai đã so sánh thành tựu trên với việc chế tạo tên lửa đầu tiên rời khỏi bầu khí quyển Trái Đất và chạm vào rìa vũ trụ.

“Đối với những người làm việc trong lĩnh vực khoa học và công nghệ như chúng ta, đây là thời điểm ‘xin chào thế giới mà chúng ta đang chờ đợi – một cột mốc ý nghĩa nhất từ trước đến nay trong nhiệm vụ biến máy tính lượng tử thành hiện thực,” ông Pichai viết trong một blog.

Google đã phát triển một bộ vi xử lý, có tên là Sycamore, chứa tổng cộng 54 qubit. Con chip xử lý này có chiều dài các cạnh vuông khoảng 10mm, được làm bằng nhôm và các bộ phận indium kẹp giữa hai tấm silicon.

Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu của Google đã có thể có được 53 trong số các qubit – kết nối với nhau theo mô hình mạng tinh thể – tương tác trong trạng thái được gọi là “trạng thái lượng tử.”

Sau đó, các nhà khoa học đặt cho máy tính lượng tử một nhiệm vụ phức tạp để phát hiện các mẫu trong một chuỗi các số dường như ngẫu nhiên. Máy tính đã giải quyết vấn đề trong 3 phút và 20 giây. Các nhà khoa học ước tính rằng vấn đề tương tự sẽ mất 10.000 năm để một siêu máy tính Summit – mạnh nhất thế giới hiện nay – giải quyết.

Theo Tạp chí Điện tử

Úc có phát kiến đột phá giúp thu nhỏ các máy tính lượng tử

 

Các nhà nghiên cứu Úc đã phát minh ra một loại qubit mới được gọi là ‘khối xây dựng của máy tính lượng tử’. Họ cho rằng phát minh này thực sự có khả năng cho ra đời một thế hệ máy vượt trội so với những gì chúng ta đang có.

Theo Sciencealert, máy tính lượng tử tốn rất nhiều diện tích để thiết lập, tuy nhiên, bên cạnh đó cũng tồn tại một số cách khác tiết kiệm không gian hơn nhưng lại cực kì phức tạp.

Để giữ các hạt đủ lâu trong quá trình phân tích, các nhà khoa học sử dụng các công cụ xử lý nguyên tử chuẩn xác như bẫy ion và nhíp quang. Hoặc sử dụng mạch được làm bằng vật liệu siêu dẫn để phát hiện sự chồng chất lượng tử trong các dòng điện.

Những loại hệ thống này có lợi thế dựa trên những nền tảng về trang bị – kĩ thuật có sẵn, làm cho chúng cực kì dễ xây dựng và lắp ráp.

Nhờ thông tin mã hóa trong cả hạt nhân và electron của nguyên tử, qubit silicon mới được gọi là ‘qubit flip-flop’, có thể được điều khiển bởi các tín hiệu điện thay vì các tín hiệu từ. Điều đó có nghĩa, nó có thể duy trì sự ràng buộc lượng tử trên một khoảng cách lớn hơn bao giờ hết, làm cho giá thành rẻ hơn và dễ dàng trong khâu chế tạo.

Video: “Qubit flip-flop: một kết cấu tính toán lượng tử hoàn toàn mới.” (Nguồn: Youtube)

“Nếu chúng ở quá gần, hoặc quá xa, sự ràng buộc giữa những mảnh lượng tử – thứ tạo nên điều đặc biệt cho máy tính lượng tử – sẽ không xảy ra”. Nhà nghiên cứu Guilherme Tosi – người đã phát minh ra qubit mới cho biết.

Qubit flip-flop sẽ nằm ở một vị trí ‘êm ái’ ở giữa hai cực, cung cấp sự ràng buộc lượng tử trong suốt hàng trăm na-nô mét. Nói một cách khác, đây chính là điểm mà chúng ta đang chờ đợi để biến máy tính lượng tử silicon thành hiện thực.

Hiện thiết kế này vẫn còn nằm trên giấy, tuy nhiên theo ông Andrea Morello – người đứng đầu dự án, thì quá trình phát triển có tầm quan trọng tương tự như dự án năm 1998, đã được đăng tải trên tờ báo Nature bởi Bruce Kane –  dự án trong quá khứ đã khuấy động phong trào điện toán lượng tử.

 width=
Hai nhà khoa học Guilherme Tosi (trái) và Andrea Morello (phải). (Ảnh: Quentin Jones, 24/07/2017)

“Như tờ báo của Kane, đây chỉ là một giả thuyết, một lời đề nghị – qubit chưa được xây dựng.” Ông Morello đã nói. “Dữ liệu thực nghiệm sơ bộ của chúng tôi cho thấy nó hoàn toàn khả thi và chúng tôi sẽ chứng minh nó. Tôi nghĩ thứ này cũng sẽ có một tầm xa giống như bài báo của Kane.”

Qubit flip-flop hoạt động dựa trên những thông tin mã hóa từ cả hai phía electron cùng hạt nhân nguyên tử phốt pho, được cấy bên trong một con chip silicon và kết nối với các mạch điện. Sau đó sẽ được đưa vào làm lạnh tới gần cực âm rồi ngâm trong một dung dịch từ tính.

Giá trị của các qubit được xác định bởi một tổ hợp nhị phân gọi là ‘xoay’ – nếu giá trị ‘xoay’ của một electron tăng lên trong khi của hạt nhân giảm xuống, thì qubit sẽ có giá trị là 1. Đảo ngược lại, nó sẽ là 0. Điều này để lại sự chồng chéo trong trạng thái ‘xoay’, được sử dụng trong các phép tính lượng tử.

Trong flip-flop, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc điều khiển qubit khi sử dụng điện trường thay vì các tín hiệu từ. Thành công này làm cho khâu kết nối với mạch điện được diễn ra dễ dàng, và quan trọng hơn, những qubits đã có thể liên thông trên một khoảng cách xa hơn trước.

“Để vận hành qubit, chúng ta sẽ cần kéo electron xa khỏi các nguyên từ một chút bằng cách sử dụng điện cực phía trên. Cách này cũng giúp chúng ta tạo ra một lưỡng cực điện.” Ông Tosi nói.

“Đây là điểm quan trọng,” Ông Morello nói thêm. “Các lưỡng cực điện này tương tác với nhau trên những khoảng cách lớn hơn, một phần nhỏ của một micron, hoặc 1,000 na-nô mét.”

“Điều này có nghĩa là giờ đây, chúng ta đã có thể đặt các qubit nguyên tử đơn cách xa nhau hơn rất nhiều so với những suy luận trước đây. Vì vậy, có rất nhiều không gian xen kẽ các thành phần quan trọng như các kết nối, kiểm soát điện cực và thiết bị đọc, trong khi vẫn giữ bản chất nguyên tử của lượng tử.”

“Chế tạo nó dễ hơn là các thiết bị nguyên tử, bên cạnh đó nó cũng cho phép chúng ta đặt hàng triệu qubit trên một mi li mét vuông.”

Ý nghĩa của flip-flop qubit mang lại là sự cân bằng, đóng góp cho quá trình tạo ra những chiếc máy tính lượng tử nhỏ gọn hơn trong tương lai.

“Nó là một thiết kế tuyệt vời, như những khái niệm đột phá khác – thật thú vị khi chưa một ai từng nghĩ về nó” Ông Morello nói.

Hoài Anh

Xem thêm:

Leave your Comment