Máy tính lượng tử được cho là sẽ đột phá ngành khoa học máy tính trong tương lai. Vậy máy tính lượng tử là gì? Hãy tìm hiểu về vấn đề này trong bài viết dưới đây nhé.

Máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử (Quantum computing) được hiểu là một lĩnh vực tập trung vào việc phát triển công nghệ máy tính dựa trên các lý thuyết lượng tử. Loại máy tính này tận dụng các hiện tượng cơ học lượng tử để tạo ra những đối tượng truyền tải dữ liệu và thông tin trên máy.

Đặc biệt, các hoạt động trên máy tính lượng tử sẽ có tốc độ xử lý nhanh hơn, thậm chí là nhanh hơn theo cấp số nhân, trong khi mức năng lượng tiêu thụ lại ít hơn.

Nguyên lý hoạt động của máy tính lượng tử

Máy tính lượng tử sử dụng các mạch nhỏ để thực hiện các phép tính như một chiếc máy tính thông thường. Tuy nhiên, có 3 đặc tính cơ lượng tử là vướng víu, chồng chất và giao thoa sẽ được sử dụng để điều khiển các trạng thái của Qubit.

Bên cạnh đó, hệ thống lượng tử cũng dùng các thuộc tính lượng tử cho việc tính toán. Theo đó, nó sẽ xác định được trạng thái năng lượng thấp nhất trong liên kết phân tử và từ đó mô phỏng lại phân tử đó. Việc này cho phép tốc độ xử lý của máy tính nhanh hơn nhiều so với truyền thống.

Tìm hiểu thông tin về máy tính lượng tử là gì?

Xem thêm: Những loại máy tính được mang vào phòng thi sĩ tử cần nắm rõ

Cấu tạo máy tính lượng tử có gì đặc biệt?

Hình dạng của máy tính lượng tử không giống như máy tính truyền thống, chúng nhìn giống như một chiếc đèn chùm lớn và các chuyên gia gọi đây là kiến trúc đèn chùm. Tuy nhiên về cơ bản các bộ phận bên trong cũng giống như máy tính thông thường, có lõi trung tâm, một siêu chip với các qubit được sắp xếp theo hình bàn cờ.

Trong máy tính lượng tử, các vi tụ điện được làm bằng Niobi có độ cứng tương đương với Titanium được sử dụng trong lõi chip, cụ thể đó là qubit. Bởi vì các cực của qubit được tạo ra để dao động thay vì duy trì ở trạng thái cố định. Chính vì vậy, máy tính lượng tử có nhiều khả năng xử lý hơn máy tính thông thường.

Con chip này được đặt trong trường vi sóng điện từ và hoạt động ở nhiệt độ cực lạnh, thậm chí gần bằng 0oK. Bên cạnh đó, cách hiệu quả nhất và ít tốn kém nhất để đạt được ngưỡng nhiệt này là nhúng máy tính vào bồn nước heli lỏng.

Sự khác biệt giữa máy tính thông thường và máy tính lượng tử là gì?

Lượng tử và điện toán truyền thống là hai thế giới song song, nhưng có một số điểm tương đồng và nhiều điểm khác biệt như việc sử dụng qubit thay vì bit. Sự khác biệt giữa máy tính lượng tử và máy tính thông thường như sau:

• Chức năng: Máy tính lượng tử không giống như máy tính cá nhân (PC), với mục đích sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày. Những chiếc máy tính này vô cùng phức tạp mà chỉ có thể được sử dụng trong các lĩnh vực như khoa học và công nghệ.
• Ngôn ngữ lập trình: Máy tính truyền thống có các ngôn ngữ được tiêu chuẩn hóa như Java, SQL và Python… Nhưng máy tính lượng tử không có mã lập trình riêng vì nó yêu cầu các thuật toán rất cụ thể. 
• Kiến ​​trúc: Máy tính lượng tử có kiến ​​trúc đơn giản hơn máy tính thông thường và không có bộ nhớ hoặc bộ xử lý. Thiết bị chỉ bao gồm một tập hợp các qubit giúp nó chạy.

Tìm hiểu thông tin về máy tính lượng tử là gì?

Xem thêm: Điểm danh những chiếc máy tính đắt nhất thế giới

Điều kiện hoạt động của máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử cực kỳ nhạy cảm và yêu cầu các điều kiện về nhiệt độ, áp suất và độ cách điện rất cụ thể để hoạt động chính xác. Trong trường hợp xảy ra sự tương tác với các hạt bên ngoài, máy tính này có thể sẽ xuất hiện các lỗi đo lường. Đây cũng là lý do tại sao chúng được niêm phong và phải được vận hành bằng máy tính thông thường.

Bên cạnh đó, máy tính lượng tử phải hầu như không có áp suất khí quyển, với nhiệt độ môi trường gần bằng không tuyệt đối (-273°C) và được cách điện khỏi từ trường trái đất. Việc này nhằm để ngăn các nguyên tử di chuyển, va chạm với nhau hoặc tương tác với môi trường. Ngoài ra, các hệ thống này chỉ hoạt động được trong khoảng thời gian rất ngắn, do đó thông tin bị hỏng và không thể lưu trữ nên sẽ khiến việc khôi phục dữ liệu khó khăn.

Ứng dụng của máy tính lượng tử

Ngày nay, các nhà nghiên cứu trên thế giới đã sử dụng các bộ xử lý lượng tử thực để thử nghiệm các thuật toán cho các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y học, tài chính, quân sự, điều chế thuốc, trí tuệ nhân tạo AI, năng lượng hạt nhân, hàng không vũ trụ…

– Y học: Máy tính lượng tử hoạt động theo cơ chế chồng chất nên có khả năng phân tích các phân tử hiệu quả hơn và cả các phân tử được cấu tạo phức tạp. Bên cạnh đó, chúng còn hỗ trợ y giúp bác sĩ tìm ra các phương pháp chữa trị và nghiên cứu mới, tạo nên bước đột phá trong lĩnh vực y học hiện đại. Có thể xem đây là cơ sở tạo nên bước đột phá của ngành y học trong tương lai.

– Tài chính: Các công ty tài chính sẽ tối ưu hóa danh mục đầu tư của họ và cải thiện hệ thống mô phỏng cùng với việc phát hiện gian lận.

– Trí tuệ nhân tạo: Một thiết bị trí tuệ nhân tạo có thể học được các thông tin, hành động cần phải có mạng lưới thần kinh. Vì vậy, khi ứng dụng mạng lượng tử vào trí tuệ nhân tạo sẽ giúp máy móc bắt chước nhanh hơn so với thông thường. Minh chứng cho điều này là Google đã tập trung phát triển máy tính lượng tử để cải thiện Google AI.

– Điều tiết giao thông: Máy tính lượng tử có khả năng đưa ra các phán đoán về những tuyến đường phù hợp, điều này giúp cho việc điều tiết giao thông trở nên dễ dàng hơn. Nhờ đó, tài xế sẽ có lộ trình đi tối ưu nhất và xe sẽ lưu thông dễ dàng hơn, nhất là trong các khung giờ cao điểm. Mọi vấn đề trên đường phố sẽ được xử lý nhanh gọn với sự góp mặt của máy tính lượng tử.

– Dự báo thời tiết: Với hệ thống tính toán chính xác và tốc độ phản hồi nhanh, máy tính lượng tử được ứng dụng trong lĩnh vực dự đoán thời tiết. Nó có khả năng dự báo thời tiết chính xác, thậm chí có thể dự báo được xu hướng thời tiết trong vài năm tới. Từ đó, giúp con người chủ động đối phó với thiên tai và giúp giảm thiệt hại do thiên tai đem lại.

– An ninh mạng: Lập trình lượng tử liên quan đến rủi ro nhưng nó cũng có những tiến bộ trong mã hóa dữ liệu như sự xuất hiện của hệ thống Quantum Key Distribution (QKD) mới. Đây được xem là một kỹ thuật mới để gửi thông tin nhạy cảm thông qua tín hiệu ánh sáng và phát hiện những kẻ xâm nhập vào hệ thống.

Hy vọng những thông tin trong bài viết đã giúp bạn đọc hiểu được khái niệm và đặc điểm của máy tính lượng tử là gì.