Thách thức của máy tính lượng tử

NộI Dung

• Thực tế lượng tử
• Tạo ra một lượng tử bit
• Không lỗi, không căng thẳng - Hướng dẫn từng bước của bạn để tạo ra phần mềm thay đổi cuộc sống mà không phá hủy cuộc sống của bạn
• Chúng ta gần nhau thế nào?
• Phần kết luận

Nguồn: Rcmathiraj / Dreamstime.com

Lấy đi:

Hãy xem xét kỹ hơn về điện toán lượng tử, cách thức hoạt động và tiềm năng trong tương lai của nó.

Nếu bạn nghĩ rằng bạn hiểu vật lý lượng tử, bạn không hiểu vật lý lượng tử. Câu nói đó được gán cho nhà vật lý Richard Feynman, nhưng nó không rõ liệu ông có thực sự nói nó không. Đây là một trích dẫn đáng tin cậy hơn của Feynman từ một ấn phẩm năm 1995 của MIT: Tôi nghĩ rằng tôi có thể nói một cách an toàn rằng không ai hiểu cơ học lượng tử.

Thực tế lượng tử

Bây giờ chúng tôi đã đưa nó ra khỏi đường đi, hãy để Lọ xem nếu có bất cứ điều gì chúng tôi biết. Cơ học lượng tử là lạ. Những hạt nhỏ đó ở cấp lượng tử chỉ don don hành xử như mong đợi. Mọi thứ khác nhau ở đó.

Những điều điên rồ đang xảy ra trong vũ trụ lượng tử. Có một sự ngẫu nhiên nội tại, sự không chắc chắn, sự vướng mắc. Tất cả có vẻ hơi nhiều.

Bây giờ chúng ta biết rằng các nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử hoạt động như thể chúng kết nối với nhau. Einstein gọi là vướng víu lượng tử Hành động ma quái ở khoảng cách xa. Tưởng tượng hai vật thể cách xa nhau nhưng chúng hành xử giống nhau, chúng có cùng tính chất và chúng hoạt động như một. Bây giờ hãy tưởng tượng rằng hai vật thể đó cách nhau 100.000 năm ánh sáng. Thật kỳ lạ.

Còn nữa. Nguyên lý bất định trong cơ học lượng tử nói rằng các tính chất nhất định của các hạt chỉ không thể biết được. Thêm vào đó là vấn đề trang trí, có liên quan đến sự sụp đổ của chức năng sóng. Và các phiên bản của thí nghiệm khe đôi dường như gợi ý rằng một vật thể lượng tử có thể ở hai nơi cùng một lúc, sự quan sát đó làm thay đổi bản chất của các hạt hạ nguyên tử, hoặc các electron dường như đã quay ngược thời gian.

Bây giờ bạn thấy tại sao xây dựng một máy tính lượng tử có thể là một thách thức như vậy. Nhưng điều đó không ngăn cản mọi người cố gắng. (Để biết thêm về điện toán lượng tử, hãy xem Tại sao Điện toán lượng tử có thể là bước tiếp theo trên Đường cao tốc dữ liệu lớn.)

Tạo ra một lượng tử bit

Vấn đề với sự không chắc chắn là nó làm cho việc tính toán trở nên khó khăn. Mục tiêu luôn luôn chuyển động. Và ngay cả khi bạn phát triển một số hệ thống toán học, làm thế nào để bạn sửa lỗi? Và bạn nghĩ nhị phân là khó.

Giáo sư Andrea Morello thuộc Đại học New South Wales ở Úc cho biết, một qubit là một hệ thống cơ học lượng tử, trong một số trường hợp phù hợp, có thể được coi là chỉ có hai mức lượng tử. Và khi bạn có thứ đó, bạn có thể sử dụng nó để mã hóa thông tin lượng tử.

Không lỗi, không căng thẳng - Hướng dẫn từng bước của bạn để tạo ra phần mềm thay đổi cuộc sống mà không phá hủy cuộc sống của bạn

Bạn không thể cải thiện kỹ năng lập trình của mình khi không ai quan tâm đến chất lượng phần mềm.

Nói dễ hơn làm. Máy tính lượng tử hiện tại chưa mạnh lắm. Họ vẫn đang cố gắng để có được các khối xây dựng đúng.

Một bit lượng tử, còn được gọi là một qubit, có tiềm năng theo cấp số nhân hơn so với bit cổ điển trong điện toán số nhị phân. Một hạt cơ bản có thể ở nhiều trạng thái đồng thời, một chất lượng được gọi là chồng chất. Trong khi một bit cổ điển có thể ở một trong hai trạng thái (một hoặc không), một qubit có thể ở cả hai vị trí đó cùng một lúc.

Hãy nghĩ về một đồng tiền. Nó có hai mặt: đầu hoặc đuôi. Một đồng tiền là nhị phân. Nhưng hãy tưởng tượng rằng bạn lật đồng xu lên không trung và nó cứ lật mãi mãi. Trong khi nó lật, nó đứng đầu hay là đuôi? Nó sẽ là gì nếu nó nên hạ cánh? Làm thế nào bạn có thể định lượng đồng xu lật? Đó là một nỗ lực yếu đuối trong việc minh họa chồng chất.

Vậy làm thế nào để bạn thực hiện một qubit? Chà, nếu các nhà vật lý lượng tử không ủng hộ việc hiểu cơ học lượng tử, thì chúng ta khó có thể quản lý một lời giải thích thỏa đáng ở đây. Hãy để giải quyết cho một danh sách ngắn các công nghệ đang được thử nghiệm để tạo ra các qubit:

• Mạch siêu dẫn
• Quay qubit
• Bẫy ion
• Mạch quang
• Bím tóc

Phổ biến nhất trong số này là hai cái đầu tiên. Những người khác là đối tượng của nghiên cứu đại học. Trong kỹ thuật đầu tiên, các chất siêu dẫn được siêu lạnh để loại bỏ nhiễu điện từ. Nhưng thời gian kết hợp tương đối ngắn và mọi thứ đổ vỡ. Giáo sư Morello đang nghiên cứu kỹ thuật quay. Các hạt lượng tử có điện tích, giống như nam châm làm. Bằng cách sử dụng các xung vi sóng, anh ta có thể có được một electron để quay lên chứ không phải xuống, do đó tạo ra một bóng bán dẫn điện tử đơn.

Sau đó, vẫn còn vấn đề dung sai lỗi và sửa lỗi. Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Santa Barbara đã cố gắng đạt được độ trung thực 99,4% với cổng qubit của họ. Họ đã đạt được 99,9 phần trăm độ trung thực của cổng tại Đại học Oxford. Vậy chúng ta đã ở đó chưa?

Chúng ta gần nhau thế nào?

Edwin Cartlidge đặt câu hỏi này trong một bài viết vào tháng 10 năm 2016 cho Tin tức Quang học & Photonics. Một cảnh báo từ ETSI vào năm 2015 rằng các tổ chức nên chuyển sang các kỹ thuật mã hóa, an toàn lượng tử của Google sẽ cho bạn biết rằng có điều gì đó đang xảy ra.

Google, Microsoft, Intel và IBM đều có trong trò chơi. Một trong những ngưỡng mà Google đang theo đuổi là một cái gì đó mà họ đã gọi là quyền tối cao lượng tử của Google. Nó được sử dụng để mô tả điểm mà máy tính lượng tử làm một cái gì đó mà máy tính cổ điển có thể.

IBM có kế hoạch tung ra một máy tính lượng tử phổ quát thế giới vào năm 2017, theo David Castelvecchi trên Science American. Được đặt tên là IBM IBM Q, nó sẽ là một dịch vụ dựa trên đám mây có sẵn trên internet với một khoản phí. Bạn có thể cảm nhận những gì họ làm việc bằng cách thử Trải nghiệm lượng tử của họ, hiện có sẵn trực tuyến. Nhưng Castelvecchi nói rằng không có nỗ lực nào trong số những nỗ lực này mạnh hơn máy tính thông thường - chưa. Quyền lực tối cao của lượng tử vẫn chưa được thiết lập.

Như Techopedia đã báo cáo vào năm 2013, Google có rất nhiều ứng dụng cho một máy tính lượng tử trưởng thành, một khi được phát triển. Microsoft đang làm việc về điện toán lượng tử tôpô. Một số công ty khởi nghiệp đang rầm rộ, và rất nhiều công việc đang được thực hiện trong lĩnh vực này. Nhưng một số chuyên gia cảnh báo rằng món ăn có thể chưa được nấu chín hoàn toàn. Tôi không đưa ra bất kỳ thông cáo báo chí nào về tương lai, anh nói Rainer Blatt tại Đại học Innsbruck ở Áo. Và nhà vật lý David Wineland nói, về thời gian dài, tôi rất lạc quan, nhưng về lâu dài, ý nghĩa của tôi là gì, tôi không biết, đó là một điều thú vị.

Ngay cả khi đạt được ưu thế điện toán lượng tử, don don vẫn tìm nó để thay thế máy tính xách tay của bạn bất cứ lúc nào sớm. Máy tính lượng tử, giống như các đối tác nhị phân của chúng trong những ngày đầu, có thể chỉ là các thiết bị chuyên dụng dành riêng cho các mục đích cụ thể. Một trong những ứng dụng hợp lý nhất là có một máy tính lượng tử mô phỏng cơ học lượng tử. Ngoài các hoạt động máy tính chuyên sâu như dự báo thời tiết, việc sử dụng điện toán lượng tử có thể được tập trung và giới hạn trong đám mây. Tất nhiên, đó có thể là nơi hoàn hảo cho nó.

Phần kết luận

Giáo sư Morello xác định rõ ràng thách thức chính của điện toán lượng tử. Trước khi bạn có thể bắt đầu mã hóa thông tin, bạn phải có khả năng thiết lập hai mức lượng tử riêng biệt với qubit. Sau khi đạt được, máy tính lượng tử, cung cấp cho bạn quyền truy cập vào một không gian tính toán lớn hơn theo cấp số nhân so với máy tính cổ điển. Ví dụ, một máy tính lượng tử có 300 qubit (N qubit = 2^{VIẾT SAI RỒI} bit cổ điển) sẽ có thể xử lý nhiều bit thông tin hơn so với các hạt trong vũ trụ.

Điều đó rất nhiều bit. Nhưng đi từ đây đến đó sẽ mất một số việc.