Điện toán lượng tử đã sẵn sàng cho các ứng dụng thực tế đầu tiên của nó

Các kỹ sư đã nói về điện toán lượng tử, khả năng thực hiện tính toán trên các bit cho thấy sự vướng víu lượng tử và do đó có thể có khả năng bật và tắt cùng lúc trong nhiều thập kỷ. Trong những năm gần đây, lời hứa đó đã tiến gần hơn với thực tế do sự phát triển của các hệ thống ủ lượng tử như của D-Wave, bộ xử lý lượng tử cho mục đích chung đang được phát triển bởi các công ty như IBM và Intel và cố gắng tạo lập trình mới ngôn ngữ được thiết kế cho điện toán lượng tử.

Tại CES hồi đầu tháng này, Intel tuyên bố họ có một hệ thống với 49 qubit hay bit tồn tại ở trạng thái lượng tử, trong mối quan hệ đối tác với Qutech có trụ sở tại Hà Lan. Hệ thống mới này, được gọi là Tangle Lake, là một bước tiến lớn so với chỉ hai tháng trước, khi công ty công bố hệ thống 17 qubit.

Nhưng tôi thích thú hơn khi thấy IBM hiển thị tiến trình điện toán lượng tử của mình, vì công ty gần đây đã công bố một hệ thống 50 qubit và có lẽ quan trọng hơn là có một số thiết bị điện toán lượng tử chung mà khách hàng của họ thực sự có thể sử dụng.

Tại triển lãm, Jeff Welser, Phó chủ tịch và Giám đốc phòng thí nghiệm của Phòng nghiên cứu IBM tại Almaden (gần San Jose), đã trình bày máy tính lượng tử và mô tả hệ thống cơ bản. Bản thân máy tính tương đối nhỏ, nhưng các hệ thống làm mát cần thiết để làm cho nó hoạt động là rất lớn; nó thực sự cần một căn phòng đầy các thiết bị làm mát, với máy bơm chân không và tủ lạnh có helium lỏng để giảm nhiệt độ xuống còn 10 đến 15 millikelvins, lạnh hơn cả không gian bên ngoài (trung bình khoảng 3 kelvins).

Những gì thực sự có sẵn cho các nhà phát triển và nhà nghiên cứu ngay bây giờ là phiên bản 16 qubit của máy có thể truy cập thông qua trang web, cũng như phiên bản 20 qubit mà khách hàng cụ thể có thể sử dụng, bao gồm các đối tác như JSR và Hitachi Metal. Các hệ thống này thực sự được đặt tại cơ sở nghiên cứu của IBM ở Yorktown Heights, NY. Phiên bản 50 qubit dự kiến ​​sẽ có sẵn cho các đối tác vào cuối năm nay.

Đó không chỉ là số lượng qubit quan trọng, Welser nói, mà là lượng thời gian mà hệ thống ở trong "sự gắn kết" để tạo ra kết quả. Trong thực tế, ông nói, bạn chạy các phép tính giống nhau nhiều lần và tính trung bình các kết quả. Sự kết hợp giữa số lượng qubit, số lượng vướng mắc đồng thời và tỷ lệ lỗi tạo ra "khối lượng tử" thực sự quan trọng để giải quyết vấn đề.

Welser cho biết ông tin rằng với hệ thống 50 - 100 qubit, người dùng sẽ có thể làm những việc không thể với máy tính thông thường.

Welser cho biết ứng dụng thực tế đầu tiên có khả năng là phân tích vật liệu bằng hóa học lượng tử, và đặc biệt là mô phỏng các loại polymer khác nhau và hợp kim mới. Đó là bởi vì bạn có thể mô phỏng trọng lượng, sức mạnh và các thuộc tính khác, trước đây là một nỗ lực liên quan đến rất nhiều thử nghiệm và sai sót.

Các ứng dụng khả thi khác cho các hệ thống có số lượng qubit hạn chế bao gồm học sâu, vì sửa lỗi không quan trọng.

Bạn thường nghe về cách điện toán lượng tử có thể phá vỡ nhiều thuật toán mã hóa ngày nay. Welser thừa nhận đó có thể là trường hợp, nhưng cho biết bạn cần một hệ thống hàng triệu qubit để làm điều đó, có nghĩa đây sẽ không phải là vấn đề thực sự trong nhiều năm. (Trong khi đó, rất nhiều tổ chức đang nghiên cứu triển khai các thuật toán sẽ không bị ảnh hưởng; hy vọng là các thuật toán mới này sẽ được đưa ra trước khi các máy tính lượng tử sẵn sàng.)

Điện toán lượng tử không phải là thứ sẽ tác động đến hầu hết các tổ chức trong nhiều năm, nhưng bài thuyết trình đã đưa ra một cái nhìn thú vị về một số ứng dụng cụ thể sẽ sớm có thể, cũng như một tương lai khả thi cho điện toán tổng quát hơn.

Đây là một poster giải thích làm thế nào toàn bộ hệ thống hoạt động.