Điện toán lượng tử là gì và tại sao tương lai của Trái đất lại phụ thuộc vào nó?

Sức mạnh máy tính đang đạt đến điểm khủng hoảng. Nếu chúng ta tiếp tục đi theo xu hướng đã có kể từ khi máy tính được giới thiệu, vào năm 2040, chúng ta sẽ không có khả năng cung cấp năng lượng cho tất cả các máy của thế giới, trừ khi chúng ta có thể bẻ khóa điện toán lượng tử.

làm thế nào để thực hiện một vai trò mới trong sự bất hòa

Máy tính lượng tử hứa hẹn tốc độ nhanh hơn và bảo mật mạnh mẽ hơn so với máy tính cổ điển của chúng, và các nhà khoa học đã nỗ lực tạo ra một máy tính lượng tử trong nhiều thập kỷ.

Lượng tử là gì và nó giúp chúng ta như thế nào?

Máy tính lượng tử khác với máy tính cổ điển ở một điểm cơ bản - cách thông tin được lưu trữ. Tính toán lượng tử tận dụng tối đa một tính chất kỳ lạ của cơ học lượng tử, được gọi là chồng chất. Nó có nghĩa là một ‘đơn vị’ có thể chứa nhiều thông tin hơn so với đơn vị tương đương được tìm thấy trong máy tính cổ điển.

Thông tin được lưu trữ trong ‘ chút ít 'Ở trạng thái' 1 ' hoặc là ' 0 , 'Giống như một công tắc đèn bật hoặc tắt. Ngược lại, tính toán lượng tử có thể bao gồm một đơn vị thông tin có thể là ‘ 1 , '' 0 , ’Hoặc a chồng chất của hai trạng thái .

Hãy nghĩ về một chồng chất như một hình cầu. ‘ 1 ‘Được viết ở cực bắc, và‘ 0 ‘Được viết ở phía nam — hai bit cổ điển. Tuy nhiên, một bit lượng tử (hoặc qubit) có thể được tìm thấy ở bất kỳ đâu giữa các cực.

Các bit lượng tử có thể bật và tắt cùng lúc, cung cấp một mô hình mang tính cách mạng, hiệu suất cao, nơi thông tin được lưu trữ và xử lý hiệu quả hơn, TS. Kuei-Lin Chiu đến Alphr vào năm 2017. Tiến sĩ Chiu là nhà nghiên cứu về hành vi cơ lượng tử của vật liệu tại Viện Công nghệ Massachusetts.

Khả năng lưu trữ lượng thông tin cao hơn nhiều trong một đơn vị có nghĩa là máy tính lượng tử có thể nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn so với máy tính chúng ta sử dụng ngày nay. Vậy tại sao nó lại khó đạt được như vậy?

Tạo qubit

Qubit, xương sống của máy tính lượng tử, rất khó chế tạo và một khi đã được thiết lập, thậm chí còn khó kiểm soát hơn. Các nhà khoa học phải khiến chúng tương tác theo những cách cụ thể có thể hoạt động trong một máy tính lượng tử.

Các nhà nghiên cứu đã thử sử dụng các vật liệu siêu dẫn, các ion được giữ trong bẫy ion, các nguyên tử trung tính riêng lẻ và các phân tử có độ phức tạp khác nhau để xây dựng chúng. Tuy nhiên, việc làm cho họ nắm giữ thông tin lượng tử trong một thời gian dài đang tỏ ra khó khăn.

Xem liên quan Cách xây dựng PC của riêng bạn

Trong nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học tại MIT đã nghĩ ra một cách tiếp cận mới, sử dụng một nhóm các phân tử đơn giản chỉ gồm hai nguyên tử làm qubit.

Chúng tôi đang sử dụng các phân tử siêu lạnh làm 'qubit' Giáo sư Martin Zwierlein, tác giả chính của bài báo, nói với Alphr vào năm 2017. Các phân tử từ lâu đã được đề xuất như một vật mang thông tin lượng tử, với các đặc tính rất ưu việt so với các hệ thống khác như nguyên tử, ion, qubit siêu dẫn , v.v. Ở đây, lần đầu tiên chúng tôi cho thấy rằng bạn có thể lưu trữ thông tin lượng tử như vậy trong thời gian dài trong một khí gồm các phân tử cực lạnh. Tất nhiên, một máy tính lượng tử cuối cùng cũng sẽ phải thực hiện các phép tính, ví dụ, để các qubit tương tác với nhau để nhận ra cái gọi là cổng. Zwierlein tiếp tục, Nhưng trước tiên, bạn cần chứng tỏ rằng bạn thậm chí có thể nắm giữ thông tin lượng tử và đó là những gì chúng tôi đã làm.

Các qubit được tạo ra tại MIT lưu giữ thông tin lượng tử lâu hơn các lần thử trước đó, nhưng vẫn chỉ trong một giây. Khung thời gian này nghe có vẻ ngắn, nhưng trên thực tế, nó dài hơn một nghìn lần so với một thử nghiệm tương đương đã được thực hiện, Zwierlein giải thích.

Gần đây hơn, các nhà nghiên cứu từ Đại học New South Wales đã tạo ra một bước đột phá đáng kể trong việc thúc đẩy tính toán lượng tử. Họ đã phát minh ra một loại qubit mới gọi là qubit flip-flop, sử dụng electron và hạt nhân của nguyên tử phốt pho. Chúng được điều khiển bằng tín hiệu điện thay vì tín hiệu từ tính, giúp phân phối chúng dễ dàng hơn. Qubit ‘flip-flop’ hoạt động bằng cách kéo điện tử ra khỏi hạt nhân bằng cách sử dụng điện trường, tạo ra một lưỡng cực điện.

Ngoài qubit

Tuy nhiên, nó không chỉ là qubit mà các nhà khoa học cần phải tìm ra. Họ cũng cần xác định vật liệu để chế tạo thành công chip điện toán lượng tử.

Chiu’s giấy , được công bố trước đó vào năm 2017, đã tìm thấy những lớp vật liệu siêu mỏng có thể tạo nền tảng cho một con chip điện toán lượng tử. Chiu nói với Alphr, Điều thú vị của nghiên cứu này là cách chúng tôi chọn vật liệu phù hợp, tìm ra các đặc tính độc đáo của nó và sử dụng lợi thế của nó để xây dựng một qubit phù hợp.

Định luật Moore dự đoán rằng mật độ bóng bán dẫn trên chip silicon tăng gấp đôi khoảng 18 tháng một lần, Chiu nói với Alphr. Tuy nhiên, những bóng bán dẫn dần dần bị thu hẹp này cuối cùng sẽ đạt đến quy mô nhỏ, nơi cơ học lượng tử đóng một vai trò quan trọng.

Định luật Moore, mà Chiu đề cập đến, là một thuật ngữ máy tính được phát triển bởi người đồng sáng lập Intel, Gordon Moore vào năm 1970. Nó tuyên bố rằng sức mạnh xử lý tổng thể của máy tính tăng gấp đôi khoảng hai năm một lần. Khi Chiu nói, mật độ của chip giảm - một vấn đề mà chip điện toán lượng tử có thể giải đáp được.

Điện toán lượng tử có phải là phần mềm hơi tối thượng không?

Đồ hơi là gì?

Trong trường hợp bạn chưa bao giờ nghe nói về thuật ngữ này đồ hơi , về bản chất nó là một sản phẩm liên quan đến phần mềm được quảng cáo nhưng chưa có sẵn hoặc có thể không bao giờ có sẵn. Một ví dụ là một sản phẩm phần mềm được tiếp thị nhiều nhưng chưa bao giờ xuất hiện.

Bất chấp mọi người đưa ra những dự đoán lạc quan trong nhiều thập kỷ về tác động của máy tính lượng tử, và những tiến bộ khác nhau trong môi trường kinh doanh và nghiên cứu, chúng ta còn gần đến mức nào để đạt được ước mơ về máy tính lượng tử? Tình huống này có phải là một dự đoán về phần mềm hơi trong tương lai, hay nó sẽ trở thành một thứ được sử dụng?

Chúng tôi đi sâu vào thực tế của điện toán lượng tử trong một bài báo khác. Tóm lại, một máy tính lượng tử có thể sẽ thực hiện một phép tính rất phi thực tế nhanh hơn một máy tính thông thường trong một hoặc hai năm tới. Tuy nhiên, đây sẽ không phải là một quá trình đơn giản và sẽ không hề rẻ hay mang lại lợi ích cho người tiêu dùng hàng ngày.