Bài học rút ra chính
- Các thiết bị cơ học đơn giản đã truyền cảm hứng cho một tiến bộ gần đây trong điện toán lượng tử.
- Các nhà nghiên cứu Stanford đã phát minh ra một kỹ thuật tính toán bằng cách sử dụng các thiết bị âm thanh khai thác chuyển động.
- Tính toán lượng tử đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể trong những năm gần đây, đáng chú ý nhất là với việc chứng minh cái gọi là tính tối cao lượng tử.
Agnetta Cleland
Máy tính lượng tử thực tế có thể tiến gần hơn đến thực tế nhờ vào nghiên cứu mới lấy cảm hứng từ các thiết bị cơ học đơn giản.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Stanford tuyên bố đã phát triển một thiết bị thí nghiệm quan trọng cho các công nghệ dựa trên vật lý lượng tử trong tương lai. Kỹ thuật này liên quan đến các công cụ âm thanh khai thác chuyển động, chẳng hạn như bộ dao động đo chuyển động trong điện thoại. Đó là một phần trong nỗ lực ngày càng tăng nhằm khai thác sức mạnh kỳ lạ của cơ học lượng tử cho tính toán.
"Trong khi nhiều công ty đang thử nghiệm điện toán lượng tử ngày nay, các ứng dụng thực tế ngoài các dự án 'bằng chứng về khái niệm' có lẽ còn 2-3 năm nữa", Yuval Boger, giám đốc tiếp thị của công ty điện toán lượng tử Classiq nói với Lifewire trong một cuộc phỏng vấn qua email. "Trong những năm này, các máy tính lớn hơn và có khả năng hơn sẽ được giới thiệu và các nền tảng phần mềm cho phép tận dụng các máy sắp ra mắt này sẽ được áp dụng."
Vai trò của Hệ thống Cơ học trong Máy tính Lượng tử
Các nhà nghiên cứu tại Stanford đang cố gắng đưa những lợi ích của hệ thống cơ học xuống quy mô lượng tử. Theo nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature, họ đã hoàn thành mục tiêu này bằng cách kết hợp các bộ dao động cực nhỏ với một mạch có thể lưu trữ và xử lý năng lượng dưới dạng qubit, hay 'bit' lượng tử thông tin. Các qubit tạo ra các hiệu ứng cơ lượng tử có thể cung cấp năng lượng cho các máy tính tiên tiến.
Cách thực tế hoạt động ở cấp độ cơ lượng tử rất khác với trải nghiệm vĩ mô của chúng ta về thế giới.
"Với thiết bị này, chúng tôi đã chỉ ra một bước quan trọng tiếp theo trong việc cố gắng xây dựng máy tính lượng tử và các thiết bị lượng tử hữu ích khác dựa trên các hệ thống cơ học", Amir Safavi-Naeini, tác giả cấp cao của bài báo, cho biết trong thông tin mới được đăng. "Về bản chất, chúng tôi đang tìm cách xây dựng các hệ thống 'cơ lượng tử cơ học'."
Việc chế tạo các thiết bị cơ khí nhỏ bé tốn rất nhiều công sức. Nhóm nghiên cứu phải chế tạo các thành phần phần cứng ở độ phân giải quy mô nanomet và đưa chúng lên hai chip máy tính silicon. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một loại bánh sandwich để dính hai con chip lại với nhau, vì vậy các phần tử ở con chip phía dưới đối diện với các phần tử ở nửa trên.
Con chip dưới cùng có một mạch siêu dẫn bằng nhôm tạo thành qubit của thiết bị. Việc gửi các xung vi sóng vào mạch này sẽ tạo ra các photon (hạt ánh sáng), mã hóa một qubit thông tin trong máy.
Không giống như các thiết bị điện thông thường, lưu trữ các bit dưới dạng điện áp đại diện cho 0 hoặc 1, qubit trong các thiết bị cơ lượng tử cũng có thể biểu diễn đồng thời sự kết hợp của 0 và 1. Hiện tượng được gọi là chồng chất cho phép một hệ thống lượng tử thoát ra ở nhiều trạng thái lượng tử cùng một lúc cho đến khi hệ thống được đo.
"Cách thực tế hoạt động ở cấp độ cơ lượng tử rất khác với trải nghiệm vĩ mô của chúng ta về thế giới", Safavi-Naeini nói.
Agnetta Cleland
Tiến bộ trong Điện toán Lượng tử
Công nghệ lượng tử đang phát triển nhanh chóng, nhưng vẫn có những rào cản cần phải giải quyết trước khi nó sẵn sàng cho các ứng dụng thực tế, Itamar Sivan, Giám đốc điều hành của Máy lượng tử, nói với Lifewire trong một cuộc phỏng vấn qua email.
"Điện toán lượng tử có lẽ là thử thách nhất mà xã hội chúng ta đang gặp phải lúc này", Sivan nói. "Để nó trở thành hiện thực, nó sẽ đòi hỏi sự tiến bộ và đột phá đáng kể trong nhiều lớp của ngăn xếp máy tính lượng tử."
Hiện tại, các máy tính lượng tử bị ám ảnh bởi tiếng ồn, có nghĩa là theo thời gian, các qubit trở nên ồn ào đến mức chúng ta không có cách nào để hiểu được dữ liệu có trên chúng và chúng trở nên vô dụng, Zak Romaszko, một kỹ sư của công ty Universal Quantum cho biết trong một email.
"Trong thực tế, điều này có nghĩa là các thuật toán cho máy tính lượng tử chỉ bị giới hạn trong một lượng nhỏ thời gian hoặc số lượng hoạt động trước khi thất bại", Romaszko nói. "Không rõ liệu chế độ ồn ào này có thể tạo ra kết quả thực tế hay không, mặc dù một số nhà nghiên cứu tin rằng việc mô phỏng các hóa chất cơ bản là trong tầm tay."
Tính toán lượng tử đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong những năm gần đây, đáng chú ý nhất là với việc chứng minh cái gọi là 'quyền tối cao lượng tử', trong đó một máy tính lượng tử thực hiện một hoạt động mà các tác giả tuyên bố sẽ thực hiện một máy thông thường khoảng 10 000. nhiều năm để hoàn thành. "Đã có một số cuộc tranh luận xung quanh việc liệu một chiếc máy tính thông thường có mất nhiều thời gian như vậy không, nhưng đó vẫn là một minh chứng đáng chú ý", Romaszko nói.
Một khi các rào cản kỹ thuật được giải quyết, Sivan dự đoán rằng trong vài năm tới, tính toán lượng tử sẽ bắt đầu có tác động đáng kể đến mọi thứ, từ mật mã đến khám phá vắc-xin."Hãy tưởng tượng đại dịch Covid-19 sẽ khác biệt như thế nào nếu máy tính lượng tử có thể giúp phát hiện ra vắc-xin trong một phần thời gian ngắn", ông nói.
