Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Máy tính lượng tử hứa hẹn sẽ cách mạng hóa tương lai của máy tính. Các nhà khoa học lần đầu tiên đã chứng minh rằng máy tính lượng tử thực sự mang lại lợi thế so với máy tính thông thường. Họ đã phát triển một mạch lượng tử có thể giải quyết một vấn đề không thể giải quyết được bằng cách sử dụng bất kỳ mạch cổ điển tương đương nào.
Trong nhiều năm, máy tính lượng tử không nhiều hơn một ý tưởng. Ngày nay, các công ty, chính phủ và các cơ quan tình báo đang đầu tư vào phát triển công nghệ lượng tử. Robert König, giáo sư lý thuyết về các hệ lượng tử phức tạp tại TUM, hợp tác với David Gosset từ Viện tính toán lượng tử tại Đại học Waterloo và Sergey Bravyi từ IBM, hiện đã đặt một nền tảng trong lĩnh vực đầy hứa hẹn này.
Tại sao máy tính lượng tử phải nhanh hơn?
Máy tính thông thường tuân theo các định luật vật lý cổ điển. Chúng dựa vào các số nhị phân 0 và 1. Những số này được lưu trữ và sử dụng cho các phép toán. Trong các đơn vị bộ nhớ thông thường, mỗi bit – đơn vị thông tin nhỏ nhất – được biểu thị bằng một chấm siêu nhỏ trên một vi mạch. Mỗi dấu chấm này có thể giữ một điện tích xác định xem bit được đặt thành 1 hay 0.
Tuy nhiên, trong một máy tính lượng tử, một bit có thể là cả 0 và 1 cùng một lúc. Điều này là do các định luật vật lý lượng tử cho phép các electron ở nhiều nơi cùng một lúc. Do đó, các bit lượng tử, hoặc qubit, tồn tại ở nhiều trạng thái chồng chéo. Cái gọi là chồng chất này cho phép các máy tính lượng tử thực hiện các hoạt động trên nhiều giá trị trong một cú trượt trong khi một máy tính thông thường duy nhất phải thực hiện các hoạt động này một cách tuần tự. Lời hứa của điện toán lượng tử nằm ở khả năng giải quyết một số vấn đề nhanh hơn đáng kể.
Từ phỏng đoán đến bằng chứng
König và các đồng nghiệp của ông giờ đây đã kết luận một cách thuyết phục lợi thế của máy tính lượng tử. Để kết thúc này, họ đã phát triển một mạch lượng tử có thể giải quyết một vấn đề đại số “khó khăn” cụ thể. Mạch mới có cấu trúc đơn giản: nó chỉ thực hiện một số hoạt động cố định trên mỗi qubit. Một mạch như vậy được gọi là có độ sâu không đổi. Trong công việc của họ, các nhà nghiên cứu chứng minh rằng vấn đề trong tầm tay không thể được giải quyết bằng cách sử dụng các mạch có độ sâu không đổi cổ điển. Họ còn trả lời thêm câu hỏi tại sao thuật toán lượng tử đánh bại bất kỳ mạch cổ điển có thể so sánh nào: Thuật toán lượng tử khai thác tính phi địa phương của vật lý lượng tử.
Trước công trình này, lợi thế của máy tính lượng tử đã không được chứng minh cũng như không được chứng minh bằng thực nghiệm – mặc dù bằng chứng chỉ ra theo hướng này. Một ví dụ là thuật toán lượng tử của Shor, giải quyết hiệu quả vấn đề nhân tố chính. Tuy nhiên, đó chỉ là một phỏng đoán lý thuyết phức tạp rằng vấn đề này không thể được giải quyết một cách hiệu quả nếu không có máy tính lượng tử. Cũng có thể hình dung rằng cách tiếp cận đúng đắn đơn giản là chưa được tìm thấy cho các máy tính cổ điển.
Một bước trên con đường điện toán lượng tử
Robert König coi các kết quả mới chủ yếu là một đóng góp cho lý thuyết phức tạp. “Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng xử lý thông tin lượng tử thực sự mang lại lợi ích mà không phải dựa vào các phỏng đoán lý thuyết phức tạp chưa được chứng minh,” ông nói. Ngoài ra, công trình này cung cấp những cột mốc mới trên con đường đến với máy tính lượng tử. Do cấu trúc đơn giản của nó, mạch lượng tử mới là một ứng cử viên cho việc hiện thực hóa các thuật toán lượng tử trong thời gian ngắn.
Thêm thông tin
Kết quả đã giảm trên mảnh đất màu mỡ ở Munich: Một trọng tâm nghiên cứu công nghệ lượng tử nổi tiếng toàn cầu đã được thiết lập ở đây trong những năm gần đây, với một tòa nhà nghiên cứu mới cho nghiên cứu lượng tử đang được xây dựng tại TUM in Garched. Vào tháng 9, TUM, cùng với Ludwig-Maximilians-Đại học München (LMU), đã được trao hợp đồng cho Trung tâm Khoa học và Công nghệ Lượng tử Xuất sắc Munich (MCQST).
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :