Điện toán lượng tử sẽ định hình tương lai của chúng ta

Tuy nhiên, đó là một định nghĩa không chính xác. Khi cụm từ “lượng tử” được áp dụng cho “điện toán”, thì nó thể hiện việc chúng ta đang bước vào một kỷ nguyên tiến bộ mạnh mẽ.

Điện toán lượng tử là công nghệ dựa trên các nguyên tắc của lý thuyết lượng tử, giải thích bản chất của năng lượng và vật chất ở cấp nguyên tử và hạ nguyên tử. Nó dựa vào sự tồn tại của các hiện tượng cơ học lượng tử, chẳng hạn như nguyên lý chồng chập (superposition) và rối lượng tử (entanglement).

Thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng năm 1930 của Erwin Schrödinger liên quan đến một con mèo vừa trong trạng thái chết vừa trong trạng thái sống nhằm mục đích làm nổi bật sự phi lý của nguyên tắc chồng chập, nguyên tắc hệ thống lượng tử có thể tồn tại ở nhiều trạng thái đồng thời cho đến khi quan sát hoặc đo được. Ngày nay các máy tính lượng tử chứa hàng chục qubit (bit lượng tử), tận dụng chính nguyên lý đó. Mỗi qubit tồn tại trong một superposition có giá trị bằng không và một (nghĩa là, có xác suất bằng 0 hoặc là một) cho đến khi được đo lường. Sự phát triển của qubit có ý nghĩa đối với việc xử lý một lượng lớn dữ liệu và đạt được mức hiệu quả tính toán mà chưa thể đạt được trước, đó là tiềm năng to lớn của điện toán lượng tử.

Trong khi Schrödinger đang nghĩ về những con mèo zombie, Albert Einstein lại quan sát những gì ông mô tả là "những hành động ở một khoảng cách", các hạt dường như giao tiếp nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Những gì ông nhìn thấy là các electron bị vướng vào hành động. Rối lượng tử đề cập đến việc quan sát trạng thái của các hạt từ cùng một hệ lượng tử không thể được mô tả độc lập với nhau. Ngay cả khi chúng được phân cách bởi khoảng cách xa, chúng vẫn là một phần của cùng một hệ thống. Nếu bạn đo một hạt, phần còn lại dường như biết ngay lập tức. Kỷ lục hiện tại của khoảng cách khi đo các hạt rối lượng tử là 1.200 km tương đương khoảng 745,6 dặm. Rối lượng tử có nghĩa là toàn bộ hệ lượng tử lớn hơn tổng các phần của nó.

Các tổ chức khác nhau đang sử dụng các cách tiếp cận khác nhau để tính toán lượng tử, do đó, một giải thích duy nhất về cách thức hoạt động của nó sẽ mang tính chủ quan. Nhưng một nguyên tắc có thể giúp độc giả có được cái nhìn tổng quát xung quanh sự khác biệt giữa điện toán cổ điển và điện toán lượng tử. Máy tính cổ điển là nhị phân. Nghĩa là, chúng phụ thuộc vào thực tế rằng mỗi bit chỉ có thể tồn tại ở một trong hai trạng thái, hoặc là 0 hoặc 1. Con mèo của Schrödinger chỉ minh họa rằng các hạt hạ nguyên tử có thể biểu hiện vô số trạng thái cùng một lúc. Nếu bạn hình dung một quả cầu, một trạng thái nhị phân sẽ là nếu “cực bắc” là 0 thì cực nam là 1. Trong qubit, toàn bộ hình cầu có thể chứa vô số các trạng thái khác và liên quan đến các trạng thái giữa qubit, cho phép các mối tương quan làm cho tính toán lượng tử rất phù hợp cho một loạt các nhiệm vụ cụ thể mà máy tính cổ điển không thể thực hiện được. Tạo ra các qubit và duy trì sự tồn tại của chúng đủ lâu để thực hiện các nhiệm vụ tính toán lượng tử là một thách thức đang được đặt ra.

Nhân bản điện toán lượng tử

Đây chỉ là khởi đầu của thế giới kỳ lạ của cơ học lượng tử. Cá nhân tôi bị mê hoặc bởi điện toán lượng tử. Nó mê hoặc tôi ở nhiều cấp độ, từ arcana kỹ thuật đến các ứng dụng tiềm năng có thể mang lại lợi ích cho nhân loại. Tuy nhiên, giá trị của một qubit của obfuscation qubit về cách tính toán lượng tử hoạt động sẽ phải đủ cho hiện tại. Hãy chuyển sang cách nó sẽ giúp chúng ta tạo ra một thế giới tốt đẹp hơn.

Mục đích của điện toán lượng tử là để hỗ trợ và mở rộng khả năng của máy tính cổ điển. Các máy tính lượng tử sẽ thực hiện một số nhiệm vụ hiệu quả hơn nhiều so với các máy tính cổ điển, cung cấp cho chúng ta một công cụ mới cho các ứng dụng cụ thể. Máy tính lượng tử sẽ không thay thế các đối tác cổ điển của chúng. Trên thực tế, các máy tính lượng tử yêu cầu máy tính cổ điển hỗ trợ các khả năng chuyên môn của chúng, chẳng hạn như tối ưu hóa hệ thống.

Máy tính lượng tử sẽ hữu ích trong việc thúc đẩy các giải pháp cho những thách thức trong các lĩnh vực khác nhau như năng lượng, tài chính, chăm sóc sức khỏe, hàng không vũ trụ, và hàng loạt các lĩnh vực khác. Khả năng của chúng sẽ giúp chúng ta chữa bệnh, cải thiện thị trường tài chính toàn cầu, phá vỡ giao thông, chống lại biến đổi khí hậu, và nhiều hơn nữa. Ví dụ, điện toán lượng tử có tiềm năng tăng tốc việc phát hiện và phát triển dược phẩm, và cải thiện tính chính xác của các mô hình khí quyển được sử dụng để theo dõi và giải thích sự biến đổi khí hậu và các tác động bất lợi của nó.

Tôi gọi đây là điện toán lượng tử được “nhân bản hóa”, bởi vì một công nghệ mới mạnh mẽ như vậy nên được sử dụng để mang lại lợi ích cho nhân loại.

Đầu tư, bằng sáng chế, khởi nghiệp và hơn thế nữa

Trên thực tế, các số liệu toàn cầu có thể kiểm chứng mới nhất về đầu tư và bằng sáng chế phản ánh sự gia tăng trong cả hai lĩnh vực, một xu hướng có khả năng tiếp tục. Vào năm 2015, các khoản đầu tư quốc gia không được phân loại trong tính toán lượng tử phản ánh tổng chi tiêu toàn cầu khoảng 1,75 tỷ USD, theo tờ The Economist. Liên minh châu Âu dẫn đầu với 643 triệu USD. Hoa Kỳ là quốc gia có số vốn đầu tư 421 triệu USD, tiếp theo là Trung Quốc (257 triệu USD), Đức (140 triệu USD), Anh (123 triệu USD) và Canada (117 triệu USD). Hai mươi nước đã đầu tư ít nhất 10 triệu đô la vào nghiên cứu điện toán lượng tử.

Đồng thời, theo tìm kiếm bằng sáng chế của Thomson Innovation, Mỹ dẫn đầu trong các ứng dụng bằng sáng chế liên quan đến điện toán lượng tử với số lượng 295, tiếp theo là Canada (79), Nhật Bản (78), Anh (36) và Trung Quốc (29). Số lượng các bằng sáng chế liên quan đến điện toán lượng tử được dự đoán sẽ tăng 430% vào cuối năm 2017.

Kết quả là các quốc gia, các công ty công nghệ khổng lồ, các trường đại học và các công ty mới thành lập đang tìm hiểu về điện toán lượng tử và phạm vi ứng dụng tiềm năng của nó. Một số bên (ví dụ, các quốc gia) đang theo đuổi điện toán lượng tử vì lý do an ninh và cạnh tranh. Người ta nói rằng các máy tính lượng tử sẽ phá vỡ các chương trình mã hóa hiện tại, tiêu diệt blockchain và phục vụ các mục đích không tốt khác.

Tôi từ chối cách tiếp cận độc quyền và tiêu cực đó. Rõ ràng với tôi, điện toán lượng tử có thể phục vụ tốt hơn thông qua một cách tiếp cận nghiên cứu và phát triển hợp tác nguồn mở mà tôi tin rằng sẽ chiếm ưu thế khi có thể truy cập rộng rãi hơn vào công nghệ này. Tôi tin tưởng các ứng dụng điện toán đám mây tìm nguồn cung ứng đám đông cho lợi ích lớn hơn sẽ giành chiến thắng.

Nếu bạn muốn tham gia, hãy xem các công cụ miễn phí mà những gã khổng lồ về máy tính gia đình như IBM và Google đã cung cấp, cũng như các dịch vụ nguồn mở sẵn có từ những công ty lớn và những công ty mới thành lập. Thời gian thực tế trên một máy tính lượng tử có sẵn ngày hôm nay, và cơ hội tiếp cận sẽ chỉ phát triển theo hướng mở rộng.

Theo quan điểm của tôi, các giải pháp sở hữu độc quyền sẽ không chống lại các đề xuất giá trị điện toán lượng tử, nghiên cứu và phát triển, hợp tác và phổ quát, cho phép tôi chỉ ra rằng hàng chục công ty mới thành lập ở Bắc Mỹ đã tham gia vào hệ sinh thái điện toán lượng tử cùng với các chính phủ và các viện nghiên cứu. Các cái tên như Rigetti Computing, D-Wave Systems, Công nghệ thông tin 1Qbit, Inc, Mạch điện tử, Inc., QC Ware, Zapata Computing, Inc. có thể trở nên nổi tiếng hoặc có thể trở thành những người chơi lớn hơn.

Phát triển các tiêu chuẩn điện toán lượng tử

Một cách khác để tham gia vào hệ sinh thái điện toán lượng tử là tham gia nỗ lực phát triển các tiêu chuẩn liên quan đến điện toán lượng tử. Tiêu chuẩn kỹ thuật cuối cùng thúc đẩy sự phát triển của một công nghệ, giới thiệu các nền kinh tế có quy mô và phát triển thị trường. Phát triển phần mềm và phần cứng máy tính lượng tử sẽ được hưởng lợi từ một khuôn khổ chung, ví dụ, và các số liệu đã thống nhất để đo lường kết quả.

Hiện tại, Nhóm công tác điện toán lượng tử của Hiệp hội Tiêu chuẩn IEEE đang phát triển hai tiêu chuẩn. Một là cho định nghĩa điện toán lượng tử và khuôn khổ để tất cả chúng ta có thể hiểu được cùng một định nghĩa. Tiêu chuẩn còn lại đề cập đến chỉ số hiệu suất và điểm chuẩn hiệu suất để cho phép đo lường hiệu suất của máy tính lượng tử đối với máy tính cổ điển.

Nhu cầu về các tiêu chuẩn bổ sung sẽ trở nên rõ ràng theo thời gian.