Các nhà khoa học đang làm việc để mang tính chất của máy tính lượng tử vào máy tính cổ điển

Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Linköping đã có thể chứng minh cách một máy tính lượng tử hoạt động, và họ đã có thể mô phỏng các tính chất của nó trong một máy tính cổ điển.

“Kết quả của chúng tôi nên rất quan trọng trong việc xác định cách xây dựng máy tính lượng tử,” Giáo sư Jan-Åke Larsson nói.

Thụy Điển, châu Âu và các phần khác của thế giới đã đầu tư nhiều nguồn lực và tập trung nghiên cứu để tạo ra máy tính lượng tử siêu nhanh và mạnh. Trong vòng mười năm, một máy tính lượng tử Thụy Điển dự kiến sẽ được xây dựng, và EU đã coi công nghệ lượng tử là một trong những dự án chính.

Hiện tại, chúng ta có rất ít thuật toán hữu ích có thể được sử dụng cho máy tính lượng tử. Mặc dù vậy, loại công nghệ này sẽ rất quan trọng trong mô phỏng các hệ thống sinh học, hóa học và vật lý. Nhiều trong số này quá phức tạp cho các máy tính mạnh nhất mà chúng ta có hiện nay. Trong một máy tính, một bit có thể lấy giá trị của một hoặc zero, nhưng một bit lượng tử có thể lấy tất cả các giá trị ở giữa. Điều này có nghĩa là máy tính lượng tử không cần phải thực hiện nhiều hoạt động cho mỗi phép tính được thực hiện.

Giáo sư Jan-Åke Larsson và sinh viên tiến sĩ Niklas Johansson, từ Phòng mã hóa thông tin tại Khoa Kỹ thuật Điện, Đại học Linköping, đã tìm ra nhiều lý do tại sao máy tính lượng tử mạnh hơn máy tính cổ điển. Họ cũng đã nghiên cứu những gì xảy ra trong máy tính lượng tử.

Kết quả từ nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học Entropy.

“Chúng tôi đã chỉ ra rằng sự khác biệt chính là máy tính lượng tử có hai độ tự do cho mỗi bit. Bằng cách mô phỏng một độ tự do bổ sung trong máy tính cổ điển, chúng tôi có thể chạy một số thuật toán với tốc độ相同 như chúng sẽ đạt được trong máy tính lượng tử,” Jan-Åke Larsson nói.

Đội ngũ đã tạo ra một công cụ mô phỏng gọi là Lô-gic mô phỏng lượng tử, hoặc QSL. Nó cho phép họ mô phỏng hoạt động của máy tính lượng tử trên máy tính cổ điển. Lô-gic mô phỏng lượng tử có một tính chất cụ thể, và đó là tính chất duy nhất mà máy tính lượng tử có và máy tính cổ điển không. Đó là một độ tự do bổ sung cho mỗi bit trong phép tính.

“Vì vậy, mỗi bit có hai độ tự do: nó có thể được so sánh với một hệ thống cơ học trong đó mỗi phần có hai độ tự do – vị trí và tốc độ. Trong trường hợp này, chúng tôi đang xử lý các bit tính toán – mang thông tin về kết quả của hàm, và bit pha – mang thông tin về cấu trúc của hàm,” Jan-Åke Larsson giải thích.

Công cụ QSL đã được đội ngũ sử dụng để nghiên cứu một số thuật toán lượng tử chịu trách nhiệm quản lý cấu trúc của hàm. Nhiều thuật toán trong số đó có tốc độ giống như chúng sẽ đạt được trong máy tính lượng tử.

“Kết quả cho thấy tốc độ cao hơn trong máy tính lượng tử đến từ khả năng lưu trữ, xử lý và truy xuất thông tin trong một độ tự do bổ sung. Điều này cho phép chúng tôi hiểu rõ hơn về cách máy tính lượng tử hoạt động. Ngoài ra, kiến thức này nên làm cho việc xây dựng máy tính lượng tử dễ dàng hơn, vì chúng tôi biết tính chất nào quan trọng nhất để máy tính lượng tử hoạt động như mong đợi,” Jan-Åke Larsson nói.

Đội ngũ cũng đã xây dựng một phiên bản vật lý với các thành phần điện tử. Họ đã sử dụng các cổng giống như những cổng trong máy tính lượng tử, và một bộ công cụ mô phỏng cách máy tính lượng tử hoạt động. Điều này có thể cho phép sinh viên và những người khác mô phỏng và hiểu cách mã hóa lượng tử và truyền tải lượng tử hoạt động, cùng với các khía cạnh khác của máy tính lượng tử.

Nghiên cứu mới này có thể thêm vào sự giao thoa ngày càng tăng giữa tính toán lượng tử và trí tuệ nhân tạo. Một trong những giao thoa này là ánh xạ tính năng. Các nghiên cứu khác được thực hiện bởi IBM Research, MIT và các nhà khoa học Oxford đã chỉ ra rằng khi máy tính lượng tử trở nên mạnh mẽ hơn, chúng sẽ có thể thực hiện ánh xạ tính năng trên các cấu trúc dữ liệu phức tạp cao, điều mà máy tính cổ điển không thể thực hiện. Ánh xạ tính năng quan trọng trong học máy, và nó có thể dẫn đến trí tuệ nhân tạo hiệu quả hơn có thể xác định các mẫu trong dữ liệu mà máy tính cổ điển không thể phát hiện.

Khi nhiều nghiên cứu hơn được thực hiện trong các lĩnh vực này, sẽ có sự giao thoa ngày càng tăng giữa hai lĩnh vực quan trọng này.