Điện toán lượng tử là gì? Ứng dụng của điện toán lượng tử

Điện toán lượng tử ra đời đã mở cửa cho một kỷ nguyên công nghệ mới bởi tác dụng của điện toán lượng tử vô cùng lớn. Đây là một lĩnh vực đa ngành bao gồm nhiều khía cạnh của khoa học máy tính, vật lý và toán học vận dụng cơ học lượng tử để giải quyết những vấn đề phức tạp nhanh hơn so với máy tính cổ điển. Lĩnh vực điện toán lượng tử bao gồm nghiên cứu phần cứng và phát triển ứng dụng.

Định nghĩa điện toán lượng tử là gì ?

Điện toán lượng tử hay còn gọi là Quantum computing là một trong các phương pháp xử lý thông tin tiến bộ trong tương lai. Các phép tính phức tạp sẽ được thực hiện trong một khoảng thời gian ngắn do nhiều siêu máy tính nhanh nhất trên thế giới thực hiện bằng cách sử dụng những ng uyên lý của cơ học lượng tử.

dien-toan-luong-tu-la-gi

Điện toán lượng tử dựa trên bit lượng tử, gọi là quantum bit (viết tắt là Qubit). Qubit là đơn vị thông tin cơ bản trong tính toán lượng tử. Nó đóng một vai trò tương tự trong tính toán lượng tử như các bit đóng trong tính toán cổ điển, nhưng chúng hoạt động rất khác nhau. Các bit cổ điển là nhị phân và chỉ có thể giữ một vị trí 0 hoặc 1, nhưng các qubit có thể giữ một chồng tất cả các trạng thái có thể có.

Ưu và nhược điểm của máy tính lượng tử

Ưu điểm

Ưu điểm lớn nhất của máy tính lượng tử là tốc độ xử lý phép tính mà một máy tính xử lý không thể làm được. Ngoài ra, nó còn có thể xử lý các vẫn đề phúc tạp và chạy các mô phỏng phức tạp cao hơn nhiều so vớiới máy tính thông thường, 

Nhược điểm 

Bên cạnh những ưu điểm trên thì máy tính lượng tử cũng còn tồn tại những nhược điểm có thể ảnh hưởng đến thành công trong tương lai.

Máy tính lượng tử hoạt động trong môi trường vô cùng khắc nghiệt là cản trở truy cập: khoảng  450 độ F tương đương với 232 độ C. 

Ngoài kích thước của máy tính lượng tử lớn thì lỗi trên máy tính này còn quá cao. 

Máy tính lượng tử hoạt động như nào ?

Cấu tạo của máy tính lượng tử có 3 phần:

  • Khu vực vực chứa Qubit

may-tinh-luong-tu

  • Phương pháp chuyển tín hiệu tới Qubit
  • Máy tính cổ điển để chạy chương trình và gửi hướng dẫn

may-tinh-luong-tu-hoat-dong-nhu-nao

Có nhiều phương pháp lưu trữ Qubit, ở một số phương pháp, đơn vị lữu trữ các Qubit được giữ ở nhiệt độ chỉ trên nhiệt độ không tuyệt đối để tối đa hoa tính liên kết của chúng và giảm nhiễu. Để chống rung động và ổn định thì các vỏ Qubit sử dụng buồng chân không. 

Tác dụng của điện toán lượng tử trong thực tế

Điện toán lượng tử  đóng góp to lớn cho các lĩnh vực an ninh, tài chính, quân sự và tình báo, nghiên cứu và sản xuất thuốc, thiết kế hàng không vũ trụ, tiện ích (phản ứng tổng hợp hạt nhân), thiết kế polyme, học máy, trí tuệ nhân tạo (AI), tìm kiếm Dữ liệu lớn và kỹ thuật số chế tạo.

Máy tính lượng tử có thể được sử dụng để cải thiện việc chia sẻ thông tin an toàn. Hoặc để cải thiện radar và khả năng phát hiện tên lửa và máy bay của chúng. Một lĩnh vực khác mà điện toán lượng tử được kỳ vọng sẽ giúp ích là môi trường và giữ sạch nước bằng các cảm biến hóa học.

Một số ứng dụng của điện toán lượng tử phải kể đến như sau: 

  • Các tổ chức tài chính có thể sử dụng điện toán lượng tử để thiết kế các danh mục đầu tư hiệu quả và hiệu quả hơn cho các khách hàng bán lẻ và tổ chức. Họ có thể tập trung vào việc tạo ra các trình mô phỏng giao dịch tốt hơn và cải thiện khả năng phát hiện gian lận.
  • Ngành chăm sóc sức khỏe có thể sử dụng điện toán lượng tử để phát triển các loại thuốc mới và chăm sóc y tế nhắm mục tiêu bảo vệ sức khỏe của bệnh nhân. Nó cũng có thể cung cấp năng lượng cho nghiên cứu DNA hiện địa tiên tiến hơn.
  • Để bảo mật trực tuyến mạnh mẽ hơn, điện toán lượng tử có thể giúp thiết kế mã hóa dữ liệu tốt hơn và các cách sử dụng tín hiệu ánh sáng để phát hiện những kẻ xâm nhập vào hệ thống.
  • Điện toán lượng tử có thể được sử dụng để thiết kế các hệ thống lập kế hoạch giao thông và thiết kế đường bay cho máy bay hiệu quả hơn, an toàn hơn.

Các nguyên tắc của điện toán lượng tử mà bạn cần biết

Chồng chập

Theo IBM, điều đáng chú ý là những gì một qubit có thể làm hơn là những gì nó vốn có. Khi qubit đặt thông tin lượng tử mà nó chứa vào trạng thái chồng chập, tất cả các cấu hình có thể có của qubit kết hợp lại với nhau. “Các nhóm qubit chồng chập có thể tạo ra các không gian tính toán đa chiều, phức tạp. Các vấn đề phức tạp có thể được biểu diễn theo những cách mới trong những không gian này.”

Liên đới

Sự liên đới là không thể thiếu đối với sức mạnh tính toán lượng tử. Các cặp qubit có thể được tạo ra để trở nên vướng víu. Điều này có nghĩa là hai qubit sau đó tồn tại ở một trạng thái duy nhất. Ở trạng thái như vậy, việc thay đổi một qubit ảnh hưởng trực tiếp đến qubit kia theo cách có thể dự đoán được.

Các thuật toán lượng tử được thiết kế để tận dụng mối quan hệ này để giải quyết các vấn đề phức tạp. Trong khi nhân đôi số lượng bit trong một máy tính cổ điển sẽ tăng gấp đôi sức mạnh xử lý của nó, việc thêm qubit dẫn đến sự gia tăng theo cấp số nhân về sức mạnh và khả năng tính toán.

Mất liên kết

Sự phân rã xảy ra khi hành vi lượng tử của qubit phân rã. Khi rung động hoặc nhiệt độ thay đổi dẫn đến trạng thái lượng tử bị xáo xáo trộn dẫn đến các qubit rơi ra khỏi trạng thái chồng chất và gây ra lỗi trong quá trình tính toán.

Kết luận 

Điện toán lượng tử đang ngày một phát triển, đóng vai trò quan trọng, quyết định tương lại của nhiều doanh nghiệp. Tuy nhiên, để điện toán lượng tử đem lại tối đa hóa lợi ích cần phải khắc phục những hạn chế của nó như tỷ lệ mắc lỗi, kích thước lớn, nhiệt độ quá cao

Xem thêm: 

Tất cả những gì bạn cần biết về Data Science

Tầm quan trọng của lĩnh vực công nghệ phần mềm

5/5 (1 Đánh giá)

Bài viết cùng chủ đề: