Khám Phá

Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc dùng laser tạo ra máy tính lượng tử quang học giải “bài toán 2,6 tỷ năm” trong 4 phút

Rate this post

Với photon, người Trung Quốc đã chứng minh cho máy tính lượng tử thấy rằng có nhiều cách khác để đạt được ưu thế lượng tử.

Trong điện toán lượng tử, tia laser là một trong những “kim chỉ nam” hiệu quả nhất: nhiều chuyên gia cho rằng nó sẽ đưa điện toán lượng tử lên một tầm cao mới. Nhà báo, nhà vật lý học và cộng tác viên Chris Lee của ArsTechnica nói rằng các cấu trúc máy tính lượng tử chạy bằng tia laser hiện nay có thể so sánh với bước phát triển nhảy vọt của hai hệ thống máy tính, Colossus. và ENIAC đã làm trong quá khứ: tất cả chúng đều là những đột phá, nhưng không có cái nào trong số chúng là hiện vật được tạo ra cho vĩnh cửu. Chỉ cần nhìn vào kích thước của Colossus và ENIAC.

Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc sử dụng tia laser để tạo ra một máy tính lượng tử quang học giải quyết vấn đề

Máy tính Colossus.

Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc sử dụng tia laser để tạo ra một máy tính lượng tử quang học giải quyết vấn đề

Máy tính ENIAC.

Gần đây, nghiên cứu chứng minh ưu thế lượng tử của các nhà khoa học Trung Quốc ít nhiều đã ủng hộ quan điểm của Chris Lee. Sử dụng hệ thống quang học lượng tử, một nhóm nghiên cứu đến từ Trung Quốc đã giải thành công một bài toán cực khó. Sự đột phá không lớn về nhiều mặt, nhưng nó đủ lớn để ngành điện toán lượng tử để mắt tới.

Mỗi photon mang theo tỷ lệ cược của một đồng xu

Các nhà nghiên cứu chứng minh tính khả thi của hệ thống lấy mẫu boson Gaussian. Về cơ bản, đây là một thiết bị sinh ra để giải quyết duy nhất một loại vấn đề, được phát triển dựa trên một thiết bị có tên là “tấm tách”. Đây là cách nó làm việc.

Nếu bạn hướng nguồn sáng vào gương có hệ số phản xạ 50% – một bộ tách chùm, một nửa ánh sáng sẽ đi qua và một nửa sẽ bị phản xạ. Nếu cường độ ánh sáng đủ thấp, mà nguồn sáng chỉ bao gồm một photon duy nhất, thì khả năng photon đi qua hoặc bị phản xạ sẽ là 50/50. Đây là ý tưởng đằng sau bộ tách chùm: một chiếc gương có thể nhận một luồng photon từ tia laser và chia nó thành hai chùm tia bắn theo các hướng khác nhau.

Một chùm tia nghiêng một góc 45 độ có thể trở thành một thiết bị có 4 cổng. Trong hình ảnh bên dưới, bạn có thể thấy rằng nếu hai photon đi vào bộ tách chùm qua hai cổng khác nhau, kết quả KHÔNG HOÀN TOÀN ngẫu nhiên, bởi vì cả hai sẽ thoát ra tại cùng một cổng mặc dù chúng ta không biết đó sẽ là gì. cổng nào.

Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc sử dụng tia laser để tạo ra một máy tính lượng tử quang học giải quyết vấn đề

Kết hợp hai ý tưởng này với khái niệm rối lượng tử, chúng ta có một loại máy tính lượng tử được gọi là “máy tính lượng tử quang học tuyến tính”. Về cơ bản, đây sẽ là một lưới các dầm. Các photon có thể giải quyết các vấn đề toán học dựa trên cách chúng được lan truyền trên mạng và kết quả sẽ được xác định dựa trên cổng nào chúng thoát ra.

Trong hệ thống máy tính lượng tử này, trạng thái vướng víu sẽ được biểu diễn dưới dạng “đường dẫn photon”. Trước khi có thể đo và xác định đường đi này, chúng ta không biết chi tiết về đường đi của photon, và phải giả định rằng tất cả photon có thể di chuyển theo mọi con đường có thể. .

Nếu hai photon đến cùng một chùm cùng một lúc qua các cổng khác nhau, chúng sẽ vướng vào nhau lượng tử. Với một mạng lưới có đủ các tấm tán xạ, sự vướng víu này sẽ xảy ra nhiều lần và tạo ra một loạt trạng thái vướng víu.

Hãy thử tung một photon và xem liệu nó có quay đầu lại không

Số lượng trạng thái photon đầu ra tăng lên đáng kể khi số lượng photon đầu vào và số lượng chùm tia tăng lên. Trong thử nghiệm hiện tại, các nhà nghiên cứu đã sử dụng 50 photon đầu vào trên cùng một con chip với sức mạnh tương đương 300 chùm tia. Tổng số trạng thái đầu ra có thể có là 10 ^ 30; Sức mạnh tính toán này đã mang lại cho thiết bị Trung Quốc một lợi thế về lượng tử.

Photon đi vào mạng tinh thể của các tấm tán xạ và thoát ra ở một trong bất kỳ trạng thái nào có thể xảy ra. Trong vòng chưa đầy 4 phút, các nhà nghiên cứu đã có kết quả của phép tính, một bài toán mà máy tính cổ điển mất 2,6 tỷ năm để hoàn thành.

Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc sử dụng tia laser để tạo ra một máy tính lượng tử quang học giải quyết vấn đề

Thiết bị tính toán lượng tử Jiuzhang của Trung Quốc.

Sau khi có được kết quả này, nhóm đã chạy một loạt các bài kiểm tra để đảm bảo hành vi của hệ thống đủ tiêu chuẩn để nó trở thành một máy tính lượng tử. Rõ ràng là không thể tính được toàn bộ kết quả đầu ra, nhưng vẫn có thể tính được kết quả có thể xảy ra khi chúng ta biết giá trị đầu vào, rồi so sánh kết quả đó với kết quả mà máy tính tính ra.

Trong lần so sánh đầu tiên, kết quả khớp với dự đoán. Trong lần so sánh thứ hai, kết quả lại sai lệch so với mong đợi. Đây là cơ sở vững chắc để rút ra kết luận: đây là ảnh hưởng của yếu tố lượng tử.

Kết quả này vừa hữu ích vừa… vô ích

Theo nhiều cách, đây là một kết quả tuyệt vời. Khó ai có đủ chuyên môn để dễ dàng bác bỏ thành tựu của các nhà khoa học Trung Quốc. Một tia laze tạo ra 25 photon có cường độ bằng nhau, mỗi photon được sắp xếp bằng hai tinh thể để tạo ra các photon đơn lẻ. Đường dẫn tia này được đặt cẩn thận để kết nối với đường cáp quang, với đầu ra được cắm cẩn thận vào một con chip chứa hàng trăm chùm tia. Các đầu ra của mỗi chùm tia phải ở đúng vị trí để hệ thống phát hiện photon có thể đọc được tín hiệu.

Theo Chris Lee, chiếc máy này sẽ chiếm diện tích khoảng 1,5mx 2,5m, với độ lệch dưới 10 nanomet. Một hệ thống cực kỳ chính xác.

Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc sử dụng tia laser để tạo ra một máy tính lượng tử quang học giải quyết vấn đề

Bộ tách chùm sẽ biến một tia tới thành hai tia ra

Nhưng mặt khác, ông Lee cho rằng thí nghiệm này không khác gì những thí nghiệm khác chứng minh sức mạnh của máy tính lượng tử: sử dụng hệ thống để giải quyết một vấn đề toán học (nói chung là vô dụng trong thế giới thực). phù hợp để xử lý bằng cách sử dụng cấu trúc máy tính lượng tử thực nghiệm.

Việc sử dụng máy tính là để giải quyết nhiều vấn đề, trong khi hệ thống trên chưa chứng minh được nhiều điều khi nó chỉ giải quyết các vấn đề dành riêng cho nó. Có thể an toàn khi nói rằng các đột phá lượng tử sẽ đến trong tương lai, nhưng có vẻ như nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã đưa nghiên cứu lượng tử lên một tầm cao mới.

Khai sáng ”?

Mặc dù công việc này không mang tính đột phá, nhưng điện toán lượng tử quang học vẫn là một lĩnh vực tiềm năng.

Hiện nay, máy tính lượng tử giải quyết các vấn đề toán học có hai loại.

Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc sử dụng tia laser để tạo ra một máy tính lượng tử quang học giải quyết vấn đề

Chip lượng tử Sycamore của Google.

Một là một hệ thống bao gồm một chuỗi các ion (đó là cách một hạt nguyên tử không có điện tử) xếp như một chuỗi ngọc trai. Các ion cách nhau đủ xa để trở nên tách biệt, có nghĩa là chúng ta có thể đưa thông tin (qubit) vào chúng và đọc dữ liệu dưới dạng các nguyên tử đơn lẻ. Sử dụng vi sóng và dựa trên chuyển động của các ion, chúng ta có thể thực hiện các phép tính toán. Độ tin cậy của từng bit rất cao nhưng việc vận hành các bài toán phức tạp không hề đơn giản.

Xem thêm:  Cha đẻ Dogecoin mua lại đồng tiền điện tử này 'lần đầu tiên sau 8 năm', vào đúng đợt giảm giá cực mạnh vừa qua

Hệ thống thứ hai là các vòng vật liệu siêu dẫn được làm mát bằng helium lỏng. Mỗi vòng tương ứng với một qubit, được xác định và ghép nối với một sợi dây. Ưu điểm của hệ thống máy tính lượng tử này là dễ mở rộng quy mô – về cơ bản cấu trúc của nó giống như một bảng mạch in. Nhưng hành vi lượng tử của mỗi qubit thiếu tính ổn định, vì vậy hệ thống không phải lúc nào cũng hoạt động. Vì độ tin cậy không cao nên việc giải quyết một vấn đề sẽ phải đo lường liên tục để tìm ra câu trả lời chung nhất.

Chưa có hệ thống nào cho chúng ta sự yên tâm về tương lai của điện toán lượng tử.

Không giống như các phương pháp trên, máy tính lượng tử quang học có thể tồn tại như một thiết bị quy mô chip điện tử, có nguồn điện là một hàng điốt chiếu tia laze, giá trị đầu ra. đầu ra sẽ được thực hiện bởi các bộ dò photon đơn lẻ. Máy tính lượng tử quang học không cần nhiệt độ cực thấp hoặc chân không để hoạt động (tuy nhiên, nếu cần bộ đếm photon thì sẽ cần dung dịch nitro để làm mát hệ thống).

Theo báo cáo khoa học, máy tính lượng tử quang học cần nhiệt độ ổn định và hệ thống phản hồi phức tạp để hoạt động, đảm bảo tia laser thực hiện công việc của nó. Điều khó hiểu là kích thước khiêm tốn của máy cho phép có một hệ thống quang học vừa vặn và dễ vận hành.

Cũng không thể khẳng định rằng ánh sáng, hay cụ thể hơn là các photon sẽ đạt được ưu thế lượng tử trước. Rốt cuộc, germanium là chất bán dẫn tốt hơn silicon, nhưng bạn vẫn biết chất mới nào đang thống trị thung lũng công nghệ.


Vừa rồi, bạn vừa mới đọc xong bài viết về
Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc dùng laser tạo ra máy tính lượng tử quang học giải “bài toán 2,6 tỷ năm” trong 4 phút

tại Tips Tech.
Hy vọng rằng những kiến thức trong bài viết
Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc dùng laser tạo ra máy tính lượng tử quang học giải “bài toán 2,6 tỷ năm” trong 4 phút

sẽ làm cho bạn để tâm hơn tới vấn đề
Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc dùng laser tạo ra máy tính lượng tử quang học giải “bài toán 2,6 tỷ năm” trong 4 phút

hiện nay.
Hãy cũng với Tip Techs khám phá thêm nhiều bài viết về
Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc dùng laser tạo ra máy tính lượng tử quang học giải “bài toán 2,6 tỷ năm” trong 4 phút

nhé.

Bài viết
Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc dùng laser tạo ra máy tính lượng tử quang học giải “bài toán 2,6 tỷ năm” trong 4 phút

đăng bởi vào ngày 2022-06-30 18:51:20. Cảm ơn bạn đã bỏ thời gian đọc bài tại Tips Tech

Nguồn: genk.vn

Xem thêm về
Đây là cách các nhà nghiên cứu Trung Quốc dùng laser tạo ra máy tính lượng tử quang học giải “bài toán 2,6 tỷ năm” trong 4 phút

#Đây #là #cách #các #nhà #nghiên #cứu #Trung #Quốc #dùng #laser #tạo #máy #tính #lượng #tử #quang #học #giải #bài #toán #tỷ #năm #trong #phút
Bằng các hạt photon, người Trung Quốc chứng minh cho ngành máy tính lượng tử thấy còn những cách khác nữa để đạt được ưu thế lượng tử.

#Đây #là #cách #các #nhà #nghiên #cứu #Trung #Quốc #dùng #laser #tạo #máy #tính #lượng #tử #quang #học #giải #bài #toán #tỷ #năm #trong #phút

Trong ngành máy tính lượng tử, tia laser là một trong những “công cụ dẫn đường” hiệu quả nhất: nhiều chuyên gia nhận định nó sẽ đưa máy tính lượng tử lên tầm cao mới. Nhà báo, nhà vật lý học, cộng tác viên của ArsTechnica, anh Chris Lee nhận định rằng cấu trúc máy tính lượng tử sử dụng tia laser hiện tại có thể so sánh được với những cú nhảy vọt mà hai hệ thống máy tính là Colossus và ENIAC làm được xưa kia: chúng đều là đột phá, nhưng không thứ nào là tạo tác sinh ra cho muôn đời sau cả. Bạn cứ thử nhìn kích cỡ của Colossus và ENIAC thì biết.Máy tính Colossus.Máy tính ENIAC.Mới đây, nghiên cứu chứng minh ưu thế lượng tử của các nhà khoa học Trung Quốc đã ít nhiều hậu thuẫn quan điểm của Chris Lee. Bằng một hệ thống quang học lượng tử, nhóm nghiên cứu tới từ Trung Hoa đã giải thành công một vấn đề toán học cực khó. Đột phá chưa lớn về nhiều mặt, nhưng cũng đã đủ lớn để ngành máy tính lượng tử phải để mắt tới.Mỗi photon lại mang trong mình tỷ lệ sấp ngửa của đồng xuCác nhà nghiên cứu chứng minh được tính khả thi của hệ thống lấy mẫu Gaussian boson. Về cơ bản, đây là thiết bị sinh ra chỉ để giải một loại vấn đề duy nhất, được phát triển dựa trên thiết bị có tên “tấm phân tia”. Đây là cách nó hoạt động.Nếu như bạn hướng nguồn sáng vào một tấm gương có 50% khả năng phản chiếu – một thiết bị phân tia, thì nửa số ánh sáng sẽ lọt qua và một nửa sẽ bị phản lại. Nếu cường độ ánh sáng đủ thấp, đến mức nguồn sáng chỉ bao gồm một photon duy nhất, thì khả năng photon lọt qua hoặc bị phản lại sẽ là 50/50. Đây là ý tưởng sản sinh ra thiết bị phân tia: một tấm gương có thể nhận vào một dòng hạt photon từ một tia laser và chia thành hai tia bắn về hai hướng khác nhau.Một tấm phân tia được đặt nghiêng ở góc 45 độ có thể trở thành một thiết bị với 4 cổng. Trong tấm ảnh dưới, bạn có thể thấy nếu hai photon đi vào một tấm phân tia theo hai cổng khác nhau, kết quả KHÔNG HOÀN TOÀN ngẫu nhiên, bởi lẽ chúng sẽ cùng thoát ra tại một cổng dù rằng ta không rõ đó sẽ là cổng nào.Kết hợp hai ý tưởng trên với khái niệm rối lượng tử, ta sẽ có một loại máy tính lượng tử có tên “máy tính lượng tử quang học tuyến tính”. Về cơ bản, đây sẽ là một mạng lưới của những tấm phân tia. Photon có thể giải các vấn đề toán học dựa trên cách thức chúng dàn trải trên toàn mạng lưới, và kết quả sẽ được xác định dựa trên việc chúng thoát ra ở cổng nào.Trong hệ thống máy tính lượng tử này, trạng thái rối sẽ được thể hiện dưới dạng “đường đi của hạt photon”. Trước thời điểm ta tiến hành đo đạc và xác định được đường đi này, ta không biết rõ chi tiết lộ trình di chuyển của photon ra sao, và phải giả định rằng tất cả các photon đều có thể di chuyển theo mọi đường có thể. Nếu hai photon cùng tới một tấm phân tia ở cùng một thời điểm theo những cổng khác nhau, chúng sẽ rối lượng tử với nhau. Với một mạng lưới sở hữu đủ nhiều các tấm phân tia, việc rối này sẽ xảy ra nhiều lần và tạo ra một loạt những trạng thái rối.Thử tung một photon xem sấp ngửa xem saoSố lượng trạng thái photon đầu ra tăng chóng mặt khi mà số photon đầu vào và số tấm phân tia tăng lên. Trong thử nghiệm hiện tại, các nhà nghiên cứu sử dụng 50 photon đầu vào cùng một con chip với công suất tương đương 300 tấm phân tia. Tổng số lượng trạng thái đầu ra khả thi là 10^30; khả năng tính toán này đã mang về cho thiết bị của người Trung Quốc ưu thế lượng tử.Photon đi vào mạng lưới các tấm phân tia và thoát ra dưới một trong bất kỳ trạng thái khả thi nào. Chưa đầy 4 phút, các nhà nghiên cứu đã có được kết quả của phép tính, một vấn đề toán học mà máy tính cổ điển phải mất 2,6 tỷ năm mới tính xong.Thiết bị máy tính lượng tử Jiuzhang của Trung Quốc.Sau khi có được kết quả này, nhóm nghiên cứu thực hiện một loạt bài thử để chắc chắn rằng cách thức vận hành của hệ thống đủ tiêu chuẩn để trở thành một máy tính lượng tử. Hiển nhiên, việc tính ra được một kết quả đầu ra hoàn chỉnh là bất khả thi, nhưng ta vẫn có thể tính được kết quả có thể có khi biết giá trị đầu vào, rồi lấy kết quả đó so sánh với kết quả mà máy tính cho ra.Trong lần so sánh đầu tiên, kết quả khớp với dự đoán. Trong lần so sánh thứ hai, kết quả lại lệch với dự kiến. Đây chính là cơ sở vững chắc để đưa kết luận: đây là ảnh hưởng của yếu tố lượng tử.Kết quả này vừa hữu dụng, lại vừa … vô dụngXét trên nhiều khía cạnh, đây là kết quả tuyệt vời. Khó có ai đủ chuyên môn để dễ dàng bác bỏ thành tựu của các nhà khoa học Trung Quốc. Một tia laser tạo ra 25 tia photon có cường độ như nhau, mà mỗi tia lại được đặt sao cho thẳng hàng với hai tinh thể để tạo ra những photon đơn lẻ. Đường truyền tia sáng này lại được đặt cẩn thận để nối liền với đường cáp quang, với đầu ra được cắm cẩn thận vào con chip chứa hàng trăm tấm phân tia. Các đầu ra của từng tấm phân tia lại phải nằm đúng vị trí để hệ thống phát hiện photon có thể đọc được tín hiệu.Theo nhận định của Chris Lee, cỗ máy này sẽ chiếm diện tích khoảng 1,5m x 2,5m, với độ sai lệch dưới 10 nanomet. Một hệ thống chính xác vô cùng.Tấm phân tia sẽ biến nột tia vào thành hai tia đi raNhưng mặt khác, anh Lee cho rằng thử nghiệm này không khác gì với những thử nghiệm chứng tỏ khả năng máy tính lượng tử khác: sử dụng hệ thống để giải một vấn đề toán học (nhìn chung là vô dụng trong thế giới thực) vốn phù hợp để xử lý bằng cấu trúc máy tính lượng tử đang được thử nghiệm.Công dụng của một chiếc máy tính là giải nhiều vấn đề, trong khi đó hệ thống trên chưa chứng minh được gì nhiều khi chỉ giải được vấn đề dành riêng cho nó. Có thể tự tin khẳng định đột phá lượng tử sẽ tới trong tương lai, nhưng có vẻ chưa thể nói rằng nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã đưa ngành nghiên cứu lượng tử lên tầm cao mới.Khai “sáng”?Dù rằng công trình nghiên cứu này không đột phá đến thế, nhưng máy tính lượng tử quang học vẫn là khía cạnh đầy tiềm năng.Thời điểm hiện tại, máy tính lượng tử giải được vấn đề toán học có hai loại. Chip lượng tử Sycamore của Google.Một là hệ thống bao gồm một chuỗi ion (chính là cách hạt nguyên tử không còn electron) nằm thẳng hàng như một chuỗi ngọc trai. Các ion cách nhau đủ xa để trở nên tách biệt, tức là ta có thể đưa thông tin (các qubit) vào trong chúng và đọc dữ liệu như những nguyên tử đơn lẻ. Sử dụng vi sóng và dựa trên chuyển động của ion, ta có thể tiến hành hoạt động tính toán. Mức độ đáng tin của từng bit rất cao, nhưng hoạt động tính toán những vấn đề phức tạp không mấy dễ dàng.Hệ thống thứ hai là những vòng vật liệu siêu dẫn được làm lạnh bằng heli lỏng. Mỗi một vòng tương ứng với một qubit, được xác định và kết đôi với nhau bằng dây dẫn. Lợi thế của hệ thống máy tính lượng tử này là tăng quy mô lên dễ dàng – về cơ bản, cấu trúc của nó cũng giống bảng mạch in. Thế nhưng hành vi lượng tử của mỗi qubit lại thiếu tính ổn định, nên không phải lúc nào hệ thống cũng vẫn hành được. Vì độ tin cậy không cao, việc giải một vấn đề sẽ bao gồm hoạt động đo đạc liên tục để tìm ra đáp án chung nhất.Chưa hệ thống nào cho chúng ta yên tâm về tương lai máy tính lượng tử.Không giống với những cách thức trên, một máy tính lượng tử quang học có thể tồn tại dưới dạng một thiết bị quy mô chip điện tử, có nguồn năng lượng là một hàng các đi-ốt chiếu tia laser, việc đọc kết quả đầu ra sẽ do những thiết bị phát hiện photon đơn lẻ thực hiện. Máy tính lượng tử quang học không cần nhiệt độ cực thấp hay môi trường chân không để vận hành (tuy nhiên, nếu cần thiết bị đếm photon, ta sẽ cần dung dịch nitro để làm lạnh hệ thống). Theo báo cáo khoa học, máy tính lượng tử quang học cần nhiệt độ ổn định và một hệ thống phản hồi phức tạp để vận hành, đảm bảo tia laser làm tròn bổn phận. Tuy lằng nhằng là vậy, kích cỡ khiêm tốn của máy lại cho phép ta có một hệ thống quan học vừa vặn và dễ vận hành.Cũng chưa thể khẳng định ánh sáng, hay cụ thể hơn là hạt photon sẽ đạt ưu thế lượng tử trước. Suy cho cùng, germanium có tính bán dẫn tốt hơn silicon, nhưng bạn vẫn biết thứ chất nào mới đang thống trị cái thung lũng công nghệ.Trung Quốc tuyên bố “ưu thế lượng tử”: 3 phút giải xong bài toán mà siêu máy tính mạnh nhất thế giới cần 600 triệu năm mới xong!

Xem thêm:  Chuyển đổi số: Lựa chọn sinh tử cho doanh nghiệp kỷ nguyên 4.0

#Đây #là #cách #các #nhà #nghiên #cứu #Trung #Quốc #dùng #laser #tạo #máy #tính #lượng #tử #quang #học #giải #bài #toán #tỷ #năm #trong #phút
Bằng các hạt photon, người Trung Quốc chứng minh cho ngành máy tính lượng tử thấy còn những cách khác nữa để đạt được ưu thế lượng tử.

#Đây #là #cách #các #nhà #nghiên #cứu #Trung #Quốc #dùng #laser #tạo #máy #tính #lượng #tử #quang #học #giải #bài #toán #tỷ #năm #trong #phút

Trong ngành máy tính lượng tử, tia laser là một trong những “công cụ dẫn đường” hiệu quả nhất: nhiều chuyên gia nhận định nó sẽ đưa máy tính lượng tử lên tầm cao mới. Nhà báo, nhà vật lý học, cộng tác viên của ArsTechnica, anh Chris Lee nhận định rằng cấu trúc máy tính lượng tử sử dụng tia laser hiện tại có thể so sánh được với những cú nhảy vọt mà hai hệ thống máy tính là Colossus và ENIAC làm được xưa kia: chúng đều là đột phá, nhưng không thứ nào là tạo tác sinh ra cho muôn đời sau cả. Bạn cứ thử nhìn kích cỡ của Colossus và ENIAC thì biết.Máy tính Colossus.Máy tính ENIAC.Mới đây, nghiên cứu chứng minh ưu thế lượng tử của các nhà khoa học Trung Quốc đã ít nhiều hậu thuẫn quan điểm của Chris Lee. Bằng một hệ thống quang học lượng tử, nhóm nghiên cứu tới từ Trung Hoa đã giải thành công một vấn đề toán học cực khó. Đột phá chưa lớn về nhiều mặt, nhưng cũng đã đủ lớn để ngành máy tính lượng tử phải để mắt tới.Mỗi photon lại mang trong mình tỷ lệ sấp ngửa của đồng xuCác nhà nghiên cứu chứng minh được tính khả thi của hệ thống lấy mẫu Gaussian boson. Về cơ bản, đây là thiết bị sinh ra chỉ để giải một loại vấn đề duy nhất, được phát triển dựa trên thiết bị có tên “tấm phân tia”. Đây là cách nó hoạt động.Nếu như bạn hướng nguồn sáng vào một tấm gương có 50% khả năng phản chiếu – một thiết bị phân tia, thì nửa số ánh sáng sẽ lọt qua và một nửa sẽ bị phản lại. Nếu cường độ ánh sáng đủ thấp, đến mức nguồn sáng chỉ bao gồm một photon duy nhất, thì khả năng photon lọt qua hoặc bị phản lại sẽ là 50/50. Đây là ý tưởng sản sinh ra thiết bị phân tia: một tấm gương có thể nhận vào một dòng hạt photon từ một tia laser và chia thành hai tia bắn về hai hướng khác nhau.Một tấm phân tia được đặt nghiêng ở góc 45 độ có thể trở thành một thiết bị với 4 cổng. Trong tấm ảnh dưới, bạn có thể thấy nếu hai photon đi vào một tấm phân tia theo hai cổng khác nhau, kết quả KHÔNG HOÀN TOÀN ngẫu nhiên, bởi lẽ chúng sẽ cùng thoát ra tại một cổng dù rằng ta không rõ đó sẽ là cổng nào.Kết hợp hai ý tưởng trên với khái niệm rối lượng tử, ta sẽ có một loại máy tính lượng tử có tên “máy tính lượng tử quang học tuyến tính”. Về cơ bản, đây sẽ là một mạng lưới của những tấm phân tia. Photon có thể giải các vấn đề toán học dựa trên cách thức chúng dàn trải trên toàn mạng lưới, và kết quả sẽ được xác định dựa trên việc chúng thoát ra ở cổng nào.Trong hệ thống máy tính lượng tử này, trạng thái rối sẽ được thể hiện dưới dạng “đường đi của hạt photon”. Trước thời điểm ta tiến hành đo đạc và xác định được đường đi này, ta không biết rõ chi tiết lộ trình di chuyển của photon ra sao, và phải giả định rằng tất cả các photon đều có thể di chuyển theo mọi đường có thể. Nếu hai photon cùng tới một tấm phân tia ở cùng một thời điểm theo những cổng khác nhau, chúng sẽ rối lượng tử với nhau. Với một mạng lưới sở hữu đủ nhiều các tấm phân tia, việc rối này sẽ xảy ra nhiều lần và tạo ra một loạt những trạng thái rối.Thử tung một photon xem sấp ngửa xem saoSố lượng trạng thái photon đầu ra tăng chóng mặt khi mà số photon đầu vào và số tấm phân tia tăng lên. Trong thử nghiệm hiện tại, các nhà nghiên cứu sử dụng 50 photon đầu vào cùng một con chip với công suất tương đương 300 tấm phân tia. Tổng số lượng trạng thái đầu ra khả thi là 10^30; khả năng tính toán này đã mang về cho thiết bị của người Trung Quốc ưu thế lượng tử.Photon đi vào mạng lưới các tấm phân tia và thoát ra dưới một trong bất kỳ trạng thái khả thi nào. Chưa đầy 4 phút, các nhà nghiên cứu đã có được kết quả của phép tính, một vấn đề toán học mà máy tính cổ điển phải mất 2,6 tỷ năm mới tính xong.Thiết bị máy tính lượng tử Jiuzhang của Trung Quốc.Sau khi có được kết quả này, nhóm nghiên cứu thực hiện một loạt bài thử để chắc chắn rằng cách thức vận hành của hệ thống đủ tiêu chuẩn để trở thành một máy tính lượng tử. Hiển nhiên, việc tính ra được một kết quả đầu ra hoàn chỉnh là bất khả thi, nhưng ta vẫn có thể tính được kết quả có thể có khi biết giá trị đầu vào, rồi lấy kết quả đó so sánh với kết quả mà máy tính cho ra.Trong lần so sánh đầu tiên, kết quả khớp với dự đoán. Trong lần so sánh thứ hai, kết quả lại lệch với dự kiến. Đây chính là cơ sở vững chắc để đưa kết luận: đây là ảnh hưởng của yếu tố lượng tử.Kết quả này vừa hữu dụng, lại vừa … vô dụngXét trên nhiều khía cạnh, đây là kết quả tuyệt vời. Khó có ai đủ chuyên môn để dễ dàng bác bỏ thành tựu của các nhà khoa học Trung Quốc. Một tia laser tạo ra 25 tia photon có cường độ như nhau, mà mỗi tia lại được đặt sao cho thẳng hàng với hai tinh thể để tạo ra những photon đơn lẻ. Đường truyền tia sáng này lại được đặt cẩn thận để nối liền với đường cáp quang, với đầu ra được cắm cẩn thận vào con chip chứa hàng trăm tấm phân tia. Các đầu ra của từng tấm phân tia lại phải nằm đúng vị trí để hệ thống phát hiện photon có thể đọc được tín hiệu.Theo nhận định của Chris Lee, cỗ máy này sẽ chiếm diện tích khoảng 1,5m x 2,5m, với độ sai lệch dưới 10 nanomet. Một hệ thống chính xác vô cùng.Tấm phân tia sẽ biến nột tia vào thành hai tia đi raNhưng mặt khác, anh Lee cho rằng thử nghiệm này không khác gì với những thử nghiệm chứng tỏ khả năng máy tính lượng tử khác: sử dụng hệ thống để giải một vấn đề toán học (nhìn chung là vô dụng trong thế giới thực) vốn phù hợp để xử lý bằng cấu trúc máy tính lượng tử đang được thử nghiệm.Công dụng của một chiếc máy tính là giải nhiều vấn đề, trong khi đó hệ thống trên chưa chứng minh được gì nhiều khi chỉ giải được vấn đề dành riêng cho nó. Có thể tự tin khẳng định đột phá lượng tử sẽ tới trong tương lai, nhưng có vẻ chưa thể nói rằng nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã đưa ngành nghiên cứu lượng tử lên tầm cao mới.Khai “sáng”?Dù rằng công trình nghiên cứu này không đột phá đến thế, nhưng máy tính lượng tử quang học vẫn là khía cạnh đầy tiềm năng.Thời điểm hiện tại, máy tính lượng tử giải được vấn đề toán học có hai loại. Chip lượng tử Sycamore của Google.Một là hệ thống bao gồm một chuỗi ion (chính là cách hạt nguyên tử không còn electron) nằm thẳng hàng như một chuỗi ngọc trai. Các ion cách nhau đủ xa để trở nên tách biệt, tức là ta có thể đưa thông tin (các qubit) vào trong chúng và đọc dữ liệu như những nguyên tử đơn lẻ. Sử dụng vi sóng và dựa trên chuyển động của ion, ta có thể tiến hành hoạt động tính toán. Mức độ đáng tin của từng bit rất cao, nhưng hoạt động tính toán những vấn đề phức tạp không mấy dễ dàng.Hệ thống thứ hai là những vòng vật liệu siêu dẫn được làm lạnh bằng heli lỏng. Mỗi một vòng tương ứng với một qubit, được xác định và kết đôi với nhau bằng dây dẫn. Lợi thế của hệ thống máy tính lượng tử này là tăng quy mô lên dễ dàng – về cơ bản, cấu trúc của nó cũng giống bảng mạch in. Thế nhưng hành vi lượng tử của mỗi qubit lại thiếu tính ổn định, nên không phải lúc nào hệ thống cũng vẫn hành được. Vì độ tin cậy không cao, việc giải một vấn đề sẽ bao gồm hoạt động đo đạc liên tục để tìm ra đáp án chung nhất.Chưa hệ thống nào cho chúng ta yên tâm về tương lai máy tính lượng tử.Không giống với những cách thức trên, một máy tính lượng tử quang học có thể tồn tại dưới dạng một thiết bị quy mô chip điện tử, có nguồn năng lượng là một hàng các đi-ốt chiếu tia laser, việc đọc kết quả đầu ra sẽ do những thiết bị phát hiện photon đơn lẻ thực hiện. Máy tính lượng tử quang học không cần nhiệt độ cực thấp hay môi trường chân không để vận hành (tuy nhiên, nếu cần thiết bị đếm photon, ta sẽ cần dung dịch nitro để làm lạnh hệ thống). Theo báo cáo khoa học, máy tính lượng tử quang học cần nhiệt độ ổn định và một hệ thống phản hồi phức tạp để vận hành, đảm bảo tia laser làm tròn bổn phận. Tuy lằng nhằng là vậy, kích cỡ khiêm tốn của máy lại cho phép ta có một hệ thống quan học vừa vặn và dễ vận hành.Cũng chưa thể khẳng định ánh sáng, hay cụ thể hơn là hạt photon sẽ đạt ưu thế lượng tử trước. Suy cho cùng, germanium có tính bán dẫn tốt hơn silicon, nhưng bạn vẫn biết thứ chất nào mới đang thống trị cái thung lũng công nghệ.Trung Quốc tuyên bố “ưu thế lượng tử”: 3 phút giải xong bài toán mà siêu máy tính mạnh nhất thế giới cần 600 triệu năm mới xong!

Xem thêm:  CEO Huawei: “Apple là hình mẫu lý tưởng của chúng tôi trong việc bảo mật dữ liệu người dùng”

Trần Tiến

Tôi là một người yêu công nghệ và đã có hơn 5 năm trong việc mày mò về máy tính. Mong rằng những chia sẻ về thông tin và thủ thuật công nghệ của tôi hữu ích đối với bạn.
Back to top button