Năm 2019, Google tuyên bố họ là công ty đầu tiên chứng minh một máy tính lượng tử thực hiện được phép tính vượt quá khả năng của những siêu máy tính mạnh nhất hiện nay. Nhìn chung, việc tạo ra một thuật toán lượng tử có cơ hội đánh bại một máy tính cổ điển thường là quá trình tình cờ. Để mang lại nhiều hướng dẫn hơn cho quá trình này và làm cho nó bớt ngẫu nhiên hơn, các nhà khoa học đã phát triển một lý thuyết mới có thể dẫn đến thiết kế có hệ thống các thuật toán lượng tử.

Lý thuyết mới, được mô tả trong một bài báo đăng trên tạp chí Advanced Quantum Technologies, là nỗ lực đầu tiên được biết đến nhằm xác định trạng thái lượng tử nào có thể được tạo ra và xử lý với số lượng cổng lượng tử chấp nhận được để vượt trội hơn một thuật toán cổ điển.

Các nhà vật lý gọi khái niệm về việc có số lượng cổng thích hợp để kiểm soát mỗi trạng thái là "độ phức tạp". Vì độ phức tạp của thuật toán lượng tử liên quan chặt chẽ với độ phức tạp của các trạng thái lượng tử, do đó lý thuyết mới có thể mang lại trật tự cho việc tìm kiếm các thuật toán lượng tử bằng cách mô tả trạng thái lượng tử nào đáp ứng tiêu chí độ phức tạp đó.

Thuật toán là một chuỗi các bước để thực hiện một phép tính. Thuật toán thường được thực hiện trên một mạch điện tử. Điều làm cho một máy tính lượng tử nhanh hơn một máy tính cổ điển là xử lý thông tin đơn giản hơn, được đặc trưng bởi số lượng cổng lượng tử trong một mạch lượng tử giảm đi rất nhiều so với một mạch cổ điển.

Trong máy tính cổ điển, số lượng cổng trong mạch tăng lên theo cấp số nhân đối với quy mô của vấn đề cần giải quyết. Mô hình theo cấp số nhân này phát triển nhanh chóng đến mức nó trở nên không thể xử lý được ngay cả đối với một vấn đề có quy mô vừa phải. Một ví dụ là, ngay cả một phân tử protein nhỏ cũng có thể chứa hàng trăm electron. Nếu mỗi electron chỉ có thể có hai dạng, thì để mô phỏng 300 electron sẽ cần 2300 trạng thái cổ điển, nhiều hơn số lượng của tất cả các nguyên tử trong vũ trụ.

Đối với máy tính lượng tử, có một cách để các cổng lượng tử mở rộng quy mô theo "đa thức" - thay vì chỉ theo cấp số nhân như máy tính cổ điển. Điều này đơn giản có nghĩa là sẽ có ít bước (cổng) cần thiết hơn để xử lý cùng một lượng thông tin, làm cho một thuật toán lượng tử vượt trội hơn một thuật toán cổ điển. Các nhà nghiên cứu cho đến nay vẫn chưa có cách nào tốt để xác định trạng thái lượng tử nào có thể thỏa mãn điều kiện phức tạp ở cấp đa thức này.

Các nhà khoa học đã sử dụng lý thuyết mới để xác định một nhóm lớn các trạng thái lượng tử có độ phức tạp đa thức. Họ cũng chỉ ra rằng những trạng thái này có thể chia sẻ một đặc điểm hệ số có thể được sử dụng để xác định chúng tốt hơn khi thiết kế một thuật toán lượng tử. Chi tiết thao khảo tại:

Zixuan Hu, Sabre Kais. Characterization of Quantum States Based on Creation Complexity. Advanced Quantum Technologies, 2020; 2000043 DOI: 10.1002/qute.202000043

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: http://imc.org.vn