Máy tính lượng tử tính toán bằng qubit — những phần tử tuân theo các định luật vật lý lượng tử. Nó sẽ không thay thế laptop và không tăng tốc mọi thứ, nhưng với một số bài toán riêng — mô phỏng phân tử và vật liệu, một phần bài toán tối ưu và mật mã — nó hứa hẹn điều mà siêu máy tính thông thường không làm được. Với doanh nghiệp hôm nay, đó là truy cập qua đám mây của nhà sản xuất, thử nghiệm và chuẩn bị mã hóa cho tương lai.
Cách hoạt động
Bit thông thường là 0 hoặc 1. Trước khi đo, qubit ở trạng thái chồng chập — tổ hợp của 0 và 1 với những trọng số xác định, gọi là biên độ. Nhiều qubit có thể vướng víu với nhau: trạng thái của chúng gắn kết đến mức không thể mô tả riêng qubit này mà bỏ qua qubit kia. Mỗi qubit thêm vào làm số trạng thái mà cỗ máy mô tả tăng gấp đôi: với 50 qubit, con số đó vượt một triệu tỷ. Máy tính thông thường chỉ để ghi lại trạng thái như vậy đã cần bộ nhớ khổng lồ.
Nhưng máy tính lượng tử không thử hết mọi đáp án cùng lúc. Sức mạnh của nó là giao thoa, như sóng trên mặt nước: thuật toán được thiết kế để các đường dẫn đến đáp án sai triệt tiêu nhau, còn các đường dẫn đến đáp án đúng cộng dồn. Khi đo, trạng thái chồng chập biến mất, và kết quả cần tìm xuất hiện với xác suất cao. Vì vậy chỉ những bài toán có cấu trúc đặc biệt mới được lợi: Google Willow chạy một thuật toán có thể kiểm chứng nhanh hơn siêu máy tính 13.000 lần.
Khó khăn chính là sự mong manh. Qubit siêu dẫn sống trong tủ lạnh ở nhiệt độ chỉ cao hơn độ không tuyệt đối vài phần trăm độ, và bất kỳ chút nhiệt, rung động hay trường nhiễu nào cũng làm lệch trạng thái của chúng — lỗi tích tụ dần. Giải pháp là sửa lỗi: nhiều qubit vật lý được ghép thành một qubit “logic”, liên tục được kiểm tra và sửa sai. IBM hứa có 200 qubit logic vào năm 2029 — một bước tới những cỗ máy tính toán lâu mà không tích tụ lỗi.
Đã được ứng dụng ở đâu
- Truy cập bộ xử lý lượng tử qua đám mây — để thử nghiệm và đào tạo đội ngũ.
- Nghiên cứu hóa học và vật liệu: mô phỏng phân tử, việc mà máy tính thông thường làm rất vất vả.
- Google Willow: thuật toán có thể kiểm chứng nhanh hơn siêu máy tính 13.000 lần.
- Bảo vệ dữ liệu: việc chuyển sang mã hóa hậu lượng tử được bắt đầu từ sớm.
Cần lưu ý
- Với các bài toán kinh doanh thông thường, hiện chưa có lợi ích thực tế — trước tiên hãy kiểm tra xem bài toán có giải được bằng máy tính cổ điển không.
- Mốc thời gian là lộ trình của nhà sản xuất: IBM hứa có 200 qubit logic vào năm 2029.
- Bản thân số qubit không nói lên nhiều: điều quan trọng là tỷ lệ lỗi và số qubit logic.
- Dữ liệu cần giữ bí mật nhiều năm nên được chuẩn bị cho mã hóa hậu lượng tử ngay từ bây giờ.