Máy tính lượng tử sẽ mở ra kỷ nguyên công nghệ mới

Đây là máy tính lượng tử đầu tiên chỉ dựa trên các hạt photon đơn lẻ có thể vượt qua máy tính truyền thống đời đầu, qua đó mở đường giúp máy tính lượng tử đánh bại các máy tính truyền thống. Kết quả này cũng đã được công bố trực tuyến trên số mới nhất của tạp khí khoa học Nature Photonics.

Các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp cao Thượng Hải tin rằng máy tính lượng tử chẳng mấy chốc sẽ áp đảo sức mạnh xử lý của các siêu máy tính hiện nay, bởi về mặt lý thuyết, quá trình xử lý trên máy tính lượng tử tương tự như việc đọc tất cả các cuốn sách trong thư viện cùng một lúc, trong khi quá trình xử lý trên máy tính thông thường tương tự như việc đọc các cuốn sách lần lượt, hết cuốn này đến cuốn khác.

Theo học giả Pan Jianwei - một nhà vật lý lượng tử hàng đầu tại Viện này - việc tính toán lượng tử chính là khai thác nguyên tắc cơ bản về chồng chất lượng tử để cho phép các phép tính song song cũng như kích hoạt các hàm giả lập với tốc độ siêu nhanh.

Trong các máy tính hiện nay, một bit thông tin lưu trữ dưới dạng 1 hoặc 0, và đó là cách dữ liệu của chúng ta được chuyển thành dạng số hóa.

Các thiết bị điện toán lượng tử lại đi theo hướng khác khi sử dụng các đặc tính của cơ học lượng tử, như tính vướng mắc và sự chồng chất của lượng tử, để lưu trữ đồng thời cả 1 và 0 trong một đơn vị được gọi là qbit. Với nhiều dữ liệu hơn trong mỗi qbit, về lý thuyết các máy tính lượng tử có thể tính toán nhanh hơn gấp nhiều lần so với các thiết bị hiện tại.

Sức mạnh xử lý của máy tính lượng tử cũng tăng theo cấp số nhân với số lượng tử có thể điều khiển được, do đó có thể giải quyết hiệu quả các phép toán trên quy mô cực lớn vượt quá khả năng của các máy tính thông thường hiện nay.

Chính vì tiềm năng quá lớn này của máy tính lượng tử mà châu Âu và Mỹ hiện đang tích cực phối hợp nghiên cứu, trong đó các người khổng lồ công nghệ trên thế giới như Google, Microsoft, hay IBM đều tỏ ra cực kỳ quan tâm đến nghiên cứu về máy tính lượng tử.

Và thành tựu mới nhất về máy tính lượng tử đã được các nhà khoa học công bố tại cuộc họp báo đầu tháng này ở Viện nghiên cứu tiên tiến Thượng Hải thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc.

Nhiều nhà khoa học tin tưởng rằng máy tính lượng tử có thể tính toán nhanh hơn các siêu máy tính hiện nay. Việc xử lý các hiệu ứng vướng víu của các lượng tử là cốt lõi của công nghệ máy tính lượng tử và là tâm điểm cuộc thi quốc tế về nghiên cứu máy tính lượng tử.

Nhà vật lý lượng tử hàng đầu của Trung Quốc Pan Jianwei cho hay máy tính lượng tử về nguyên tắc, có thể giải quyết một số vấn đề nhanh hơn máy tính truyền thống. Mặc dù đã có những tiến bộ đáng kể trong thời gian vừa qua, việc thiết lập các cỗ máy lượng tử có thể vận hành vượt trội hơn các máy tính truyền thống trong một số nhiệm vụ nhất định vẫn gặp trở ngại.

Năm ngoái, hai nhà nghiên cứu Pan và Lu Chaoyang thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, đã phát triển được nguồn năng lượng hạt photon đơn lẻ tốt nhất thế giới dựa vào các chấm lượng tử bán dẫn.

Hiện họ sử dụng nguồn năng lượng từ hạt photon với hiệu suất cao và mạch photon có thể lập trình bằng điện tử nhằm thiết lập nguyên mẫu máy tính lượng tử với nhiều hạt photon để thực hiện nhiệm vụ lấy mẫu hạt Boson.

Theo nhóm của Pan, kết quả kiểm tra cho thấy tỷ lệ lấy mẫu của nguyên mẫu này nhanh hơn các máy tính quốc tế tới 24.000 lần. Ông Pan nhấn mạnh máy tính lượng tử nguyên mẫu nhanh hơn từ 10-100 lần so với máy tính điện tử đầu tiên ENIAC và máy tính bán dẫn đầu tiên TRADIC khi thực hiện các thuật toán truyền thống.

Trong khi đó, theo các chuyên gia, những máy tính lượng tử có thể phá vỡ những phương pháp mã hóa vững chắc nhất đang được sử dụng phổ biến hiện nay, việc gia tăng đáng kể tốc độ xử lý cuối cùng sẽ cho phép họ bẻ khóa ngay cả các giao thức điện toán khó giải quyết nhất.

Hiện tại, mối quan tâm tới những phiên bản máy tính lượng tử thương mại đầu tiên chủ yếu tập trung vào lĩnh vực phòng thủ hay xa hơn nữa là giúp các nhà phân tích bảo mật không chỉ xác định được các sự cố, mà còn quyết định xem sự cố nào có thể là một mối đe dọa thực sự.

Theo ước tính của công ty công nghệ IBM (Mỹ), các công ty phải sàng lọc trung bình hàng trăm nghìn sự cố bảo mật mỗi ngày, và chắc chắn một nhóm bảo mật là không đủ để xử lý khối lượng công việc đó, cũng như lượng dữ liệu sản sinh thêm theo thời gian sẽ thách thức các máy tính truyền thống.

Dù vậy, sự phối hợp giữa điện toán lượng tử và an ninh mạng không có nghĩa là công nghệ này đã sẵn sàng để trở nên phổ biến. Dù rằng cộng đồng bảo mật có thể tích cực chấp nhận điện toán lượng song cũng cần một thời gian nữa để thiết lập các cơ sở hạ tầng hỗ trợ công việc này./.

Xem thêm:

>>Nguy cơ tiềm ẩn từ các cổng kết nối mở trên các thiết bị di động

>>Vụ tấn công mạng toàn cầu: Thêm nhiều quốc gia trở thành nạn nhân