Tin tức công nghệ

Phần 2: Lịch sử phát triển và khó khăn

2.1: Lịch sử phát triển của máy tính lượng tử.

Máy tính lượng tử bắt đầu từ một ý tưởng giản đơn xuất hiện vào những năm 1980 do Richard Feynman, một nhà vật lý học đã được giải Nobel khởi xướng. Theo Julia Kempe: “Feynman giải thích rằng, máy tính lượng tử có khả năng tính toán các thuộc tính của hạt lượng tử, như electron, nhanh hơn rất nhiều so với máy tính truyền thống. Mỗi electron có thể được mã hoá trong một qubit, trong khi phải cần đến một số lượng lớn các bit truyền thống để mã hoá nhiều trạng thái khác nhau trong cùng một thời điểm. Nhưng đây vẫn chỉ là trên ý tưởng”.

Năm 1994, Peter Shor, một nhà nghiên cứu tại AT&T Laboratories, Mỹ, đã chứng minh rằng một máy tính lượng tử có thể phân tích một số ra thừa số nguyên tố trong thời gian ngắn kỷ lục, điều này đủ để làm cho các nhà mã hoá phải kinh ngạc, vì cho đến nay việc phân tích một số ra thừa số nguyên tố đòi hỏi rất nhiều thời gian. Đó chính là chìa khoá cho tất cả các hệ mật mã, dù là thẻ tín dụng hay tài liệu tối mật.

 Năm 1997, Lov Grover, một nhà nghiên cứu tại AT&T, chứng minh rằng một máy tính sử dụng qubit có thể nâng cao đáng kể hiệu quả của các thuật toán nhằm mục đích tìm kiếm thông tin trong cơ sở dữ liệu. Mặc dù tại thời điểm đó các nhà toán học và vật lý học đã nỗ lực để chứng minh lợi ích của máy tính lượng tử nhưng chúng vẫn còn quá xa vời. Trên thực tế, cho đến nay, không ai biết chính xác một qubit sẽ được làm từ nguyên tử, ion, phân tử, electron hay mạch siêu dẫn. Hơn nữa, môi trường của nó là ở thể rắn, lỏng hay khí? Tất cả vẫn còn là một bí ẩn. 

Hiện nay, một số nhà nghiên cứu trên thế giới đã thử nghiệm các loại vật liệu tiềm năng có thể sử dụng như là thành tố cơ bản trong vi xử lý lượng tử tương lai. “Chúng tôi đang nghiên cứu các qubit ở cả hai trạng thái 0 và 1 tương ứng với các trạng thái spin (trạng thái chuyển động quay của hạt quanh chính nó) của các phân tử hoặc ion kim loại nhất định”.

2.2: Khó khăn khi xây dựng máy tính lượng tử

Để chế tạo được máy tính lượng tử, các nhà khoa học vẫn phải đối mặt với một vài thách thức. Một trong những thách thức đó là, các máy tính lượng tử rất dễ bị "tổn thương" bởi tác động của môi trường xung quanh. Các ngoại lực có thể phá hủy rất nhanh cấu trúc thông tin của máy tính lượng tử, hiện tượng này còn được gọi là "sự li khai" ("decoherence") - ngược với "sự kết hợp" ("coherence").

Đối với các nhà vật lý, chế tạo ra máy tính lượng tử có thể sử dụng được vẫn còn rất xa vời. Giờ đây, họ đang cố gắng hết sức mình, vượt qua khó khăn tiềm ẩn trên con đường đi đến máy tính lượng tử: cái gọi là sự mất kết hợp (decoherence). Theo Barbara: “Bất kỳ hệ thống nào có nhiều trạng thái xếp chồng lượng tử đều dễ bị sụp đổ. Thông qua tương tác với môi trường, nó có thể mất các thuộc tính được yêu cầu cho bất kỳ việc tính toán lượng tử nào trong một phần nhỏ của giây, và càng có nhiều qubit thì máy tính càng dễ sụp đổ”.

Hiện nay, Issac Chuang, nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ), là người thực hiện thành công nhất trong việc tính toán bằng qubit. Năm 2011, bằng việc sử dụng spin hạt nhân một cách hiệu quả với dung lượng 7 qubit, các nhà nghiên cứu đã thử phân tích số 15 , chỉ ra rằng đó là tích các thừa số nguyên tố là 3 và 5. “Nhưng để thực sự có hiệu quả thì một máy tính lượng tử cần vài nghìn qubit và có thể kết hợp chúng để thực hiện các phép tính logic”,

 Đối với hầu hết các nhà khoa học, hai hệ thống hiện nay đều mang lại các triển vọng lớn. Chúng bao gồm các qubit siêu dẫn, hoặc các vi mạch điện tử cho phép dòng điện chảy theo hai hướng tại cùng một thời điểm. “Chúng rất dễ sản xuất, nhân bản và có thể đặt trong các chip với một vài siêu dẫn qubit”, Barbara cho biết. Sự phát triển tiếp theo và cũng đầy hứa hẹn liên quan tới “các ion khí được giữ lại bởi các tia laser cực mạnh từ đó tạo ra vài phút có sự gắn kết, mặc dù các hệ thống bị hạn chế tương đối”.

2.3: Một số thuật toán đã được nghiên cứu và xây dựng

Việc xây dựng và thiết kế thuật toán là một công việc rất phức tạp và trong điện toán lượng tử nó trở nên phức tạp hơn do các nỗ lực để khai thác các tính năng cơ học lượng tử để giảm sự phức tạp của vấn đề tính toán và để "tăng tốc" tốc độ xử lý.

Một số thuật toán nổi tiếng được biết đến:

·       Deutsch Oracle(1989)

·       Deutsch-Jozsa Oracle(1992)

·       Simon Oracle(1994)

·       Giải thuật Shor(1994)

·       Giải thuật Grover(1996)

·       Giải thuật Adiabatic(2000)

·       Giải thuật Topological-Quantum-Field-Theory (TQFT)(1998, 2000, 2005)