Một chip máy tính thông thường sử dụng bit. Chúng giống như các công tắc nhỏ, có thể ở vị trí tắt - được biểu thị bằng số 0, hoặc ở vị trí bật - được biểu thị bằng số 1. Mỗi ứng dụng bạn sử dụng, trang web bạn truy cập hay bức ảnh bạn chụp đều được tạo thành từ hàng triệu bit được biểu diễn thông qua sự kết hợp giữa số 1 và số 0.

Điều này hoạt động tuyệt vời cho hầu hết mọi thứ, nhưng nó không phản ánh cách thức vũ trụ thực sự hoạt động. Trong tự nhiên, mọi thứ không chỉ bật hoặc tắt. Có cả sự không chắc chắn nữa, ví dụ như vị trí của electron trong nguyên tử là không xác định. Vấn đề là ngay cả những siêu máy tính tốt nhất của chúng ta cũng không giỏi đối phó với sự không chắc chắn.

Trong thế kỷ qua, các nhà vật lý đã phát hiện ra khi bạn đi xuống một quy mô thực sự nhỏ, những điều kỳ lạ bắt đầu xảy ra. Họ đã phát triển một lĩnh vực khoa học hoàn toàn mới gọi là cơ học lượng tử. Cơ học lượng tử là nền tảng của vật lý, hóa học và sinh học. Vì vậy, để các nhà khoa học mô phỏng chính xác bất kỳ thứ gì, họ cần một cách tốt hơn để thực hiện các phép tính có thể xử lý sự không xác định. Câu trả lời nằm ở máy tính lượng tử.

Một mẫu máy tính lượng tử được phát triển bởi IBM

Làm thế nào để máy tính lượng tử làm việc?

Thay vì bit, máy tính lượng tử sử dụng qubit. Thay vì chỉ bật hoặc tắt, các qubit có thể nằm trong cái gọi là “trạng thái chồng chất” - nơi nó có thể cả bật và tắt cùng một lúc, hoặc ở đâu đó giữa chúng.

Lấy một đồng xu làm ví dụ. Nếu bạn lật nó, nó có thể là mặt huy hiệu hoặc mặt số. Nhưng nếu bạn quay nó - nó có cơ hội dừng lại ở cả huy hiệu và số. Cho đến khi bạn kiểm tra nó, bằng cách dừng đồng xu, nó có thể là một trong hai. Sự chồng chất giống như một đồng xu đang quay và đó là một trong những điều làm cho máy tính lượng tử trở nên mạnh mẽ. Một qubit cho phép tồn tại sự không chắc chắn.

Nếu bạn yêu cầu một máy tính bình thường tìm đường ra khỏi mê cung, nó sẽ lần lượt thử từng nhánh, loại bỏ tất cả chúng cho đến khi tìm thấy con đường đúng. Nhờ các qubit, một máy tính lượng tử có thể đi mọi con đường của mê cung cùng một lúc, và như thế, đáp án đúng sẽ đến rất nhanh. Nó giống như giữ một ngón tay trong các trang của một cuốn sách phiêu lưu của riêng bạn. Nếu nhân vật của bạn chết, bạn có thể chọn ngay một con đường khác, thay vì phải quay lại từ đầu cuốn sách.

Một điều khác mà qubit có thể làm được gọi là vướng víu lượng tử (hay rối lượng tử). Thông thường, nếu bạn lật hai đồng xu, kết quả của một lần tung đồng xu không ảnh hưởng đến kết quả của đồng tiền kia. Chúng hoàn toàn độc lập với nhau. Trong sự vướng víu lượng tử, hai phần tử được liên kết với nhau, ngay cả khi chúng tách rời nhau về mặt vật lý. Trở lại với ví dụ đồng xu, nếu lật một đồng xu cho kết quả huy hiệu thì đồng xu còn lại cũng như vậy, điều đó phần nào giống với rối lượng tử.

Nghe có vẻ kỳ diệu, và các nhà vật lý vẫn chưa hiểu đầy đủ về cách thức và lý do tại sao nó hoạt động. Nhưng trong lĩnh vực điện toán lượng tử, điều đó có nghĩa là bạn có thể di chuyển thông tin qua lại, ngay cả khi nó chứa đựng sự không chắc chắn. Và nếu bạn có thể kết hợp nhiều qubit với nhau, bạn có thể giải quyết các vấn đề mà các máy tính tốt nhất của chúng ta phải giải quyết trong hàng triệu năm. Ở phần tiếp theo chúng ta sẽ cùng tìm hiểu xem máy tính lượng tử được ứng dụng trong những lĩnh vực nào và cùng trả lời câu hỏi liệu rằng các máy tính thông thường có bị thay thế hoàn toàn bởi máy tính lượng tử trong tương lai hay không.

(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