Cập nhật nội dung chi tiết về Máy Tính Lượng Tử Là Gì? Tìm Hiểu Về Máy Tính Lượng Tử mới nhất trên website Cuocthitainang2010.com. Hy vọng thông tin trong bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu ngoài mong đợi của bạn, chúng tôi sẽ làm việc thường xuyên để cập nhật nội dung mới nhằm giúp bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất.
Như các bạn đã biết, các máy tính hiện đại ngày nay có bộ xử lý trung tâm là CPU (hay còn gọi là Chip) đang dần đạt đến giới hạn vật lý có thể đạt được.
Hiện tại là tiến trình 7nm, tương lai các CPU chỉ còn 2nm thậm chị là 1nm. Khi các bóng bán dẫn đạt tới mức này, việc thu nhỏ thêm là vô cùng khó khăn.
Nhiều chuyên gia và người yêu công nghệ cho rằng, để thay cho giải pháp bóng bán dẫn, các nhà khoa học sẽ nghiên cứu tới các máy tính lượng tử (cấp độ phân tử).
#1. Máy tính lượng tử là gì?
Khác với máy tính kỹ thuật số, máy tính lượng tử hoạt động dựa trên hoạt động của cơ học lượng tử, để xử lý dữ liệu đầu vào. Như vậy, hiểu đơn giản máy tính lượng tử là máy tính hoạt động trên cơ sở của những hạt lượng tử.
Các hoạt động chủ yếu của lượng tử được áp dụng vào máy tính lượng tử là tính chồng chập và vướng víu lượng tử.
Không giống với các máy tính kỹ thuật số thông dụng ngày nay, dữ liệu được mã hóa thành số nhị phân (bit) và gán cho nó 2 giá trị TẮT và MỞ tương ứng là 0 và 1. Và nó chỉ có thể nhận được 1 trong 2 giá trị 0 hoặc 1.
Còn các máy tính lượng tử sử dụng đơn vị là “qubits” (quantum bits, bits lượng tử ) với các giá trị nằm trong khoảng từ 0 tới 1. Nó có thể nhận được cả 2 giá trị 0 và 1 cùng một lúc.
Để có thể giải thích thì nguyên lý hoạt động của máy tính lượng tử dựa trên 2 hoạt động cơ học là tính chồng chập và vướng víu lượng tử là rất khó hiểu với đại đa số chúng ta, nên mình xin phép không đề cập đến.
Chúng ta chỉ cần biết rằng máy tính lượng tử là máy tính từ những hạt cơ bản (lượng tử) và nó hoạt động nhờ trên các hoạt động của cơ học lượng tử.
#2. Khả năng tính toán gấp nhiều lần so với máy tính kỹ thuật số
Theo nghiên cứu, các máy tính lượng tử có khả năng xử lý theo cấp số nhân (theo số lượng qubits). Chỉ với việc tăng một số lượng nhỏ qubits thì ta sẽ có gấp nhiều lần năng lực xử lý của máy tính.
Tuy nhiên, đó là chỉ là trên lý thuyết, việc thêm một lượng qubits phải đảm bảo không có lỗi nào trong quá trình xảy ra rối lượng tử và chỉ vài sai lệnh nhỏ trong vấn đề tính toán là mọi việc đều công cốc.
#3. Máy tính lượng tử có hình dạng như thế nào?
Không giống với các máy tính thông thường, các máy tính lượng tử có hình dáng khá là đặc biệt, chúng trông giống như một chiếc đèn chùm khổng lồ và các chuyên gia cũng gọi đó là kiến trúc đèn chùm.
Cũng giống như các máy tính thông thường, máy tính lượng tử cũng có một nhân trung tâm là một siêu chip với các qubit được sắp xếp theo dạng bàn cờ vua.
Nhân chip và cụ thể là các qubits có cấu tạo là các vi tụ điện được làm từ Niobium với độ cứng ngang với Titan.
Các cực của qubit được làm để dao động, và không duy trì một trạng thái cố định nào, chính vì lý do này nên máy tính lượng tử có khả năng xử lý mạnh hơn máy tính thông thường.
Con chip này được đặt trong một trường vi sóng điện từ, hoạt động trong điều kiện lạnh, cực lạnh, thậm chí ở mức gần 0 o K.
Để đạt được ngưỡng nhiệt này, cách hiệu quả và ít tốn kém nhất hiện tại là máy tính sẽ được nhấn chìm trong một bể Heli lỏng.
#4. Phần mềm của máy tính lượng tử
Nếu bạn trông chờ máy tính lượng tử cũng chạy hệ điều hành, hay các soft như máy tính thông thường thì đã làm các bạn thất vọng rồi. Thực tế thì hiện nay không có một phần mềm nào hoạt động được trên máy tính lượng tử.
Để kiểm tra khả năng xử lý của máy tính, các chuyên gia đã phải nghiên cứu ra các tác vụ công cụ riêng đặc biệt có thể nói là độc nhất vô nhị để chạy trên siêu máy tính này.
Có thể thấy rõ, tuy chúng ta đã đạt được những bước tiến lớn trong ngành này nhưng vẫn chưa thể áp dụng lên thực tiễn được.
Nếu so sánh với việc sản xuất máy bay thì chúng ta chỉ đang ở giai đoạn những chiếc máy bay đầu tiên trên thế giới, chỉ nhấc lên khỏi mặt đất chứ không thể gọi là bay đúng nghĩa.
Sẽ còn quá sớm để nói rằng máy tính lượng tử sẽ được ứng dụng vào cuộc sống, ít nhất cũng cần 40 tới 50 năm nữa chúng ta mới có được những chiếc máy lượng tử ứng dụng vào phổ thông.
Trong khoảng thời gian đó, máy tính kỹ thuật số sẽ đứng trước chướng ngại vật lý về kích thước bóng bán dẫn, chúng ta chỉ có thể chờ xem liệu tiến bộ khoa học sẽ làm gì với rào cản này.
Cách Một Máy Tính Lượng Tử Hoạt Động
Với khả năng thực hiện vô số tác vụ trong một khoảng thời gian vô cùng ngắn, những gì máy tính lượng tử có thể làm được thật sự vượt ngoài tầm tưởng tượng của chúng ta. Nhiệm vụ của máy tính lượng tử rất đơn giản: giải các phép toán phức tạp. Nhưng cách thức để chúng làm điều này thì lại không hề đơn giản như vậy.
Đội ngũ nghiên cứu tại Đại học California, Santa Barbara đã tạo nên lịch sử trong hành trình phát triển máy tính lượng tử với cỗ máy mới nhất: được cho là còn mạnh mẽ hơn cả những siêu máy tính lớn nhất. Và nghiên cứu mới này đã chính thức được trình diện trong tạp chí Nature vào ngày 23 tháng 10 với sự hỗ trợ của Google.
The đội ngũ, máy tính lượng tử này có thể xử lý một bài toán số học chỉ trong 200 giây, trong khi siêu máy tính nhanh nhất thế giới của IBM – chiếc Summit, sẽ cần tới 2,5 ngày để thực hiện điều này.
Vậy, tốc độ này mang ý nghĩa gì? Và máy tính lượng tử là gì? Sau đâu là một số điểm chính của công nghệ vô cùng phức tạp này:
Bits và Qubits
Lĩnh vực máy tính hiện nay xoay quanh kỹ thuật số. Điều này có nghĩa là, chúng bao gồm các đơn vị nhị phân được gọi là “bits”. Trong thực tiễn, các bits sẽ mang giá trị 0 hoặc 1, đại diện cho trạng thái điện cực trên các thiết bị bán dẫn và chip.
Lĩnh vực vật lý lượng tử lại phức tạp hơn rất nhiều. Trong đó, đơn vị được sử dụng sẽ là “qubits” (quantum bits – bits lượng tử), với các giá trị nằm từ 0 tới 1.
Trong khi đó, với qubit, đồng xu sẽ ở trạng thái quay, và vì vậy ta sẽ không thể biết được nó đang sấp hay ngửa.
Nghịch lý này đã được mô tả bởi Erwin Schrödinger vào năm 1935, thông qua minh họa một con mèo ở trong hộp kèm với một chất phóng xạ và một chất độc. Trong đó, ta sẽ không thể biết được con mèo còn sống hay đã chết ở một thời điểm cụ thể. Vì vậy, ta phải giả định rằng cả 2 trạng thái này đều đang được duy trì, và chỉ khi mở chiếc hộp, thì trạng thái này mới được xác định. Còn trong vật lý, trạng thái lượng tử sẽ kết thúc khi ta tiến hành phép đo.
Rối lượng tử
Đây là một hiện tượng khó có thể được giải thích chỉ với các logic vật lý thông thường. Albert Einstein từng mô tả trạng thái này là “tác động ma quái từ xa” (spooky distant effect), trong đó 2 hệ thống lượng tử (VD: qubits) tương quan với trạng thái của chúng – tức chúng đồng dạng nhưng chỉ khi trạng thái chưa được xác định.
Quay trở lại với ví dụ đồng xu, điều này tương tự như ta có 2 đồng xu đang quay cùng một lúc. Trong trường hợp này, dù các đồng xu có cách nhau xa đến đâu, thì ta sẽ vẫn coi là chúng cùng trạng thái. Và khi một đồng xu ngừng quay, từ đó có trạng thái xác định, thì hiện tượng rối lượng tử sẽ ngừng lại.
Và điều tương tự cũng xảy ra với con mèo của Schrödinger: Nếu bạn có 2 con mèo trong 2 hộp, trạng thái rối lượng tử có thể xảy ra giữa chúng, nhưng chỉ khi cả 2 hộp còn đang đóng.
Như vậy, theo lý thuyết, khả năng xử lý của máy tính lượng tử sẽ tăng theo cấp số nhân theo số lượng qubit. Với đường tương quan dốc, ta cũng sẽ chỉ cần tăng một ít số lượng qubit để nhân gấp nhiều lần khả năng năng lực máy tính.
Tuy nhiên, thực tế lại có vài điểm khác biệt: trường hợp trên chỉ xảy ra nếu ta thỏa mãn được toàn bộ các điều kiện. Cụ thể, tỷ lệ lỗi phải là thấp nhất, phải không có vấn đề trong rối lượng tử giữa các qubit – chỉ vài sai lệch nho nhỏ có thể dẫn đến sự sụp đổ của năng lực máy tính.
Như vậy, thử thách của các nhà phát triển không chỉ dừng lại ở việc cho thêm qubit vào các con chip, mà còn nằm ở việc duy trì độ chính xác. Hiện nay, Google đã phát triển ra quy trình sửa chữa lỗi sai riêng, với độ chính xác đạt tới 99,99%.
Máy tính lượng tử trông như thế nào?
Một máy tính lượng tử có hình thức tương tự như một chiếc đèn chùm khổng lồ, được làm từ các dây và ống đồng. Cấu trúc của nó cũng được các chuyên gia gọi là cấu trúc đèn chùm.
Nhân của máy là một siêu chip với các qubit được sắp xếp theo dạng bàn cờ vua. Trong máy tính của Google là 54 qubit, trong đó có 1 qubit không hoạt động.
Các qubit trên chip là các vi tụ điện được làm từ niobium – một nguyên tố hóa học có độ cứng ngang với titan. Cực của các qubit này được làm để dao động, và không duy trì một trạng thái cố định nào. Ở giữa chúng là các khớp nối có thể điều chỉnh, được tạo thành bởi các ăng-ten phản ứng với vi sóng, được gọi là resonator.
Để đạt được ngưỡng nhiệt này, máy tính sẽ được nhấn chìm trong một bể heli lỏng.
Máy tính lượng tử có hỗ trợ Linux không?
Đáng tiếc là không. Phần mềm của các máy tính lượng tử không hề giống với các máy tính kỹ thuật số nhị phân. Để kiểm tra hiệu quả hoạt động của các máy tính lượng tử, các chuyên gia tại Google đã phát triển ra một tác vụ thử ngẫu nhiên mới hoàn toàn, yêu cầu phải có khả năng xử lý vô cùng cao và phức tạp. Các máy tính thông thường hoàn toàn không có khả năng thực hiện tác vụ này.
Nhiều người hy vọng rằng, các máy tính lượng tử sẽ sớm có thể giải quyết cả những mã hóa phức tạp nhất, đồng thời chạy được các mô phỏng tốt hơn, ứng dụng được cho các hệ thống quản lý giao thông và dữ liệu lớn.
Nhưng ở hiện tại, điều này còn khá xa vời: Các máy tính lượng tử hiện nay vẫn chưa thực hiện được các tác vụ của siêu máy tính.
Nghiên cứu cơ bản
Hiện nay, nghiên cứu mới chỉ dừng ở việc chứng minh giả định là có hiệu lực. Nếu so sánh tiến trình hiện tại với tiến trình phát triển của ngành hàng không, thì ta vẫn còn đang ở chiếc máy bay thô sơ của anh em nhà Wright, và còn lâu mới đạt được những phi cơ chở khách như bây giờ.
Giới nghiên cứu vẫn chưa thể chứng minh tính ổn định về lâu dài của máy tính lượng tử. Ngoài ra, các máy tính này cũng theo một logic lập trình khác so với các máy tính truyền thống. Cụ thể, phần mềm cho chúng cần phải được thiết kế để tận dụng các năng lực lượng tử của máy. Bằng không, chúng là hoàn toàn vô dụng.
Ở khía cạnh thực tiễn hơn, điều này có nghĩa là, các nhà lập trình đang viết những phần mềm riêng cho thử nghiệm các máy tính lượng tử, tức phục vụ cho mục đích nghiên cứu về những thiết bị này. Tuy nhiên, các phần mềm này lại chưa giải quyết được những tác vụ thực tiễn, nằm ngoài yếu tố lượng tử – và có lẽ, chúng phải mất vài thập kỷ trước khi làm được điều này.
6 Ứng Dụng Làm Thay Đổi Thế Giới Của Công Nghệ Máy Tính Lượng Tử
Những siêu máy tính với tốc độ xử lý chóng mặt dựa vào sức mạnh của nền tảng vật lý lượng tử sẽ là nhân tố chủ chốt của công nghệ máy tính tương lai. Đó là nhận định của người đồng sáng lập ra công ty máy tính lượng tử D-Wave, Eric Ladizinsky.
Điểm mấu chốt là máy tính thông thường sẽ phải giải quyết một vấn đề tại một thời điểm trong một chuỗi các sự kiện, nhưng các máy tính lượng tử có thể giải quyết nhiều vấn đề cùng một lúc. Đó là nền tảng tạo nên cuộc cách mạng toàn bộ ngành công nghiệp. Và vấn đề không chỉ là tốc độ xử lý mà máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề phức tạp mà máy tính thông thường không thể kham nổi.
1. Dự báo thời tiết với độ chính xác cực cao
Dù có sử dụng những thiết bị đo khí tượng tốt nhất thì việc đưa ra một bản dự báo thời tiết với độ chính xác gần như tuyệt đối vẫn là một công việc không khả thi. Nhưng với sự xuất hiện của máy tính lượng tử thì việc xây dựng một mô hình thời tiết cho một khu vực hay toàn cầu là hoàn toàn có thể làm được.
Máy tính lượng tử có thể đưa ra những dự đoán về một cơn bão bao gồm thời gian nó bắt đầu, những nơi nào nó có thể đi qua ngay trước khi nó được sinh ra. Giám đốc kỹ thuật của Google, Hartmut Neven, cho biết ngoài việc dự báo những hiện tượng thời tiết cụ thể thì máy tính lượng tử có thể dự báo được những xu hướng thời tiết của tương lai trong vài chục năm tới, đặc biệt là hậu quả của việc trái đất nóng lên.
2. Phát triển những loại thuốc mới hiệu quả hơn
Để đưa một phương thuốc đi vào cuộc sống hiện đại thì phải trải qua hàng nghìn cuộc thử nghiệm, hàng chục năm phát triển và thậm chí tiêu tốn hàng triệu USD. Đấy là còn chưa tính đến những trường hợp thất bại trước khi được đưa vào sản xuất.
Nhưng mọi chuyện sẽ chỉ là quá khứ với sức mạnh của máy tính lượng tử khi mà những cỗ máy này có thể đưa ra hàng nghìn kiểu kết hợp phân tử có thể xảy ra của loại thuốc đang nghiên cứu, từ đó những nhà khoa học có thể nhanh chóng tìm ra phương án tối ưu nhất àm không phải tốn thời gian như trước.
Ngoài ra, máy tính lượng tử cũng có thể đủ khả năng để giải mã bộ gien của con người, đây là cơ sở tạo nên bước đột phá của ngành y học trong tương lai.
3. Hãy tạm biệt ùn tắc giao thông
Thông thường việc điều tiết giao thông bằng những máy tính hiện nay thường chỉ đáp ứng được yêu cầu khi không xảy ra ùn tắc, thậm chí chúng vẫn cần có sự can thiệp của con người để thực hiện công việc vất vả này.
Với sự có mặt của máy tính lượng tử thì mọi hoạt động trên đường phố đều được xử lý một cách chớp nhoáng, ngoài ra những cỗ máy này có thể đưa ra lộ trình di chuyển của các phương tiện giao thông trong những giờ cao điểm ở mọi điểm nóng trong thành phố. Tất nhiên, hệ thống này là hoàn toàn tự động.
4. Bảo mật thông tin chặt chẽ hơn bao giờ hết
Chúng ta luôn sử dụng các thông tin được mã hóa mà thậm chí bản thân mình không hề nhận ra như đăng nhập vài các tài khoản email hay dùng thẻ tín dụng để mua hàng qua mạng. Mặc dù khả năng những dữ liệu này bị can thiệp là không cao nhưng vẫn còn tiềm ẩn nhiều nguy cơ từ những tin tặc.
Mặc dù vậy, việc áp dụng lý thuyết cơ học lượng tử vào việc bảo mật thông tín cũng tạo ra những mối nguy hiểm tiềm tàng từ chính lý thuyết nếu những tin tặc có thể sờ tay vào những công nghệ cao cấp này.
5. Thám hiểm không gian vũ trụ xa hơn
Với sự hỗ trợ của kính thiên văn Kepler, các nhà thiên văn học đã phát hiện được hơn 2000 hành tinh bên ngoài hệ mặt trời nhưng những thông tin mà chúng ta nhận được thường đã là quá khứ của những hành tinh này.
Vì vậy, yêu cầu cần có một hệ thống máy tính có thể xử lý những thông tin này và đưa nó về dạng thông tin ban đầu để các nhà khoa học có thể biết được liệu sự sống có từng tồn tại trên những hành tinh này hay không, đây là một trong những điểm mấu chốt của ngành thiên văn học hiện đại.
6. Máy móc có khả năng học hỏi
Đây chính là ý tưởng chính của những bộ phim viễn tưởng như The Matrix (Ma Trận) hay The Terminator (Kẻ hủy diệt), dĩ nhiên là chúng ta sẽ xem xét những khía cạnh có ích của nó thay vì tập trung vào những ý nghĩa tiêu cực.
Những cỗ máy có khả năng học hỏi sẽ là một trong những điểm mạnh nhất của máy tính lượng tử khi bộ xử lý của những robot tương lai sẽ có khả năng tự thu thập thông tin, xử lý chúng và tự thích nghi với những tình huống có thể xảy ra dựa vào những thông tin nhận được. Những cuộc thám hiểm không gian hay thăm dò những khu vực nguy hiểm sẽ rất cần điều này.
Tìm Hiểu Về Mạng Máy Tính
Hiểu một cách đơn giản và dễ hiểu thì mạng máy tính là một tập hợp các máy tính được kết nối với nhau,trong một mạng chúng trao đổi dữ liệu qua lại với nhau theo những phương thức nhất định.Các máy tính có thể được kết nối với nhau trong phạm vị một tòa nhà, giữa các thành phố với nhau hoặc cũng có thể từ khắp mọi nơi trên toàn thế giới.Các loại mạng máy tính hiện nay đang được sử dụng
Một số đặc điểm nổi bật của mạng LAN:
Có băng thông tương đối lớn, mạng LAN có thể thực hiện được các ứng dụng như truyền hình trực tuyến (Livestream), truyền hình hội nghị (qua mô hình mạng thế giới nhỏ, mạng ngang hàng Peer – to – Peer….).Phạm vi của mạng tương đối nhỏ, ci phí thấp, công việc quản trị mạng cũng đơn giản hơn những mạng lớn.
Mạng MAN (Metropolitan Area Network) là mạng dữ liệu băng rộng được thiết kế cho phạm vi trong thành phố, các thị xã, khoảng cách của chúng thường tối đa là 100km.Có quy mô nhỏ hơn mạng WAN nhưng lại lớn hơn mạng LAN do đó mạng MAN có vai trò kết nối 2 mạng bên trên với nhau. Mạng MAN cho phéo tạo ra các kết nối tốc độ cao lên đến hàng tram Mb/s có thể mở rộng đến 1 Gb/s.Chúng đồng thời cũng cung cấp cho doanh nghiệp rất nhiều những loại hình dịch vụ giá trị gia tăng cùng lúc trên một đường kết nối về Voice-Data-Video.Xây dựng hệ thông mạng MAN không quá tốn kém tuy nhiên để quản lý có hiệu quả mô hình mạng này thì cũng không hề đơn giản.
Mạng WAN (Wide Area Network) còn được gọi là mạng diện rộng , là mạng dữ liệu được thiết kế để kết nối giữa các mạng đô thị (mạng MAN) giữa các khu vực địa lí cách xa nhau.
Mạng WAN có theerkeest nối thành mạng riên của một tổ chức,hay có thể kết nối qua nhiều hạ tầng mạng công cộng.Mạng WAN có thể dungf đường truyển có giải băng thông thay đổi trong một khoảng rất lớn từ 56Kbps tới 1T với 1,544Mbps hay E1 với 2.048Mbps, đến Giga bít – Gbps là các đường trục nối các quốc gia hay châu lục.Do có băng thông thấp vì vậy kết nối của mạng thường là yếu, dê mất phì hợp với các ứng dụng như Email, Web, chi phí cao, công tác quản lý mạng khó khăn hơn rất nhiều. Mạng Internet chính là một trường hợp của mạng WAN phục vụ các dịch vụ Mail, Web,…cho toàn cầu.
Bạn đang đọc nội dung bài viết Máy Tính Lượng Tử Là Gì? Tìm Hiểu Về Máy Tính Lượng Tử trên website Cuocthitainang2010.com. Hy vọng một phần nào đó những thông tin mà chúng tôi đã cung cấp là rất hữu ích với bạn. Nếu nội dung bài viết hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!