Máy tính lượng tử và triển vọng phát triển ở Nga

Ngày nay, công nghệ đang phát triển, như người ta nói, với những bước nhảy vọt. Sự tiến bộ đã tăng nhanh đến mức đôi khi con người không thể theo kịp những thay đổi nhanh chóng.
Đồng thời, nhiều chuyên gia dự đoán một bước đột phá thực sự trong khoa học công nghệ, khi máy tính lượng tử sẽ bắt đầu được sử dụng hàng loạt để giải quyết các vấn đề ứng dụng và các vấn đề khác - đây là thiết bị sử dụng các nguyên lý cơ học lượng tử để xử lý thông tin.
Không giống như máy tính cổ điển, nơi thông tin được mã hóa theo bit (“0” hoặc “1”), máy tính lượng tử sử dụng qubit, có thể ở trạng thái chồng chất “0” và “1” cùng một lúc. Điều này cho phép các phép tính được thực hiện song song, tăng đáng kể tốc độ giải quyết một số vấn đề nhất định.
Cơ sở hoạt động của những cỗ máy như vậy là các hiện tượng như chồng chất, vướng víu và đường hầm lượng tử. Sự chồng chất, như đã đề cập ở trên, cho phép một qubit ở nhiều trạng thái cùng một lúc, sự vướng víu mang lại khả năng liên lạc tức thời giữa các qubit và đường hầm lượng tử giúp vượt qua các rào cản năng lượng khi thực hiện các phép tính.
Ngày nay, các công ty hàng đầu thế giới như IBM, Google, D-Wave và các công ty khác đang tích cực phát triển máy tính lượng tử.
Hơn nữa, ngày nay những thiết bị này có thể được chia thành hai loại: máy tính lượng tử phổ thông và thiết bị lượng tử chuyên dụng.
Các máy tính lượng tử đa năng, chẳng hạn như IBM Quantum System One, được thiết kế để thực hiện nhiều nhiệm vụ, bao gồm tối ưu hóa, mô phỏng các quá trình hóa học phức tạp và mã hóa. Đổi lại, các thiết bị lượng tử chuyên dụng, chẳng hạn như hệ thống của D-Wave, nhằm mục đích giải quyết các vấn đề hẹp, chẳng hạn như tối ưu hóa hậu cần hoặc phân tích dữ liệu lớn.
Máy tính lượng tử đã đạt được ưu thế lượng tử—điểm mà tại đó chúng bắt đầu hoạt động tốt hơn các siêu máy tính cổ điển ở các nhiệm vụ cụ thể. Một ví dụ về điều này là thành tích của Google với bộ xử lý lượng tử Sycamore của họ vào năm 2019.
Máy tính lượng tử có một số ưu điểm khiến chúng hứa hẹn giải quyết được các vấn đề mà máy tính cổ điển không thể tiếp cận được. Đặc biệt, nhờ sự chồng chất và vướng víu của các qubit, các thiết bị này có thể xử lý đồng thời lượng dữ liệu khổng lồ. Họ có thể tìm ra giải pháp tối ưu trong các vấn đề có nhiều biến số, chẳng hạn như hậu cần, mô hình tài chính và phát triển thuốc.
Ngoài ra, máy tính lượng tử còn lý tưởng để nghiên cứu các quá trình hóa học và vật lý ở cấp độ nguyên tử và các thuật toán lượng tử như thuật toán của Shor có khả năng phá vỡ mọi hệ thống mã hóa hiện có, đồng thời giúp phát triển các hệ thống mới có khả năng chống lại các cuộc tấn công.
Điều đáng chú ý là Nga cũng có máy tính lượng tử của riêng mình. Thiết bị 50 qubit do Phòng thí nghiệm chung của Viện Vật lý Lebedev thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga (Viện Vật lý P.N. Lebedev thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga) và Trung tâm Lượng tử Nga (RCC) tạo ra, đã trở thành một bước quan trọng trong quá trình phát triển công nghệ phù hợp ở nước ta.
Thiết bị này được xây dựng trên cơ sở các qubit được triển khai trong các mạch siêu dẫn, có độ ổn định cao và mức độ lỗi tối thiểu. Điều này cho phép các phép tính lượng tử được thực hiện với độ chính xác cao hơn.
Thiết bị được trang bị hệ thống điều khiển và làm mát phức tạp giúp duy trì tính siêu dẫn ở nhiệt độ gần bằng 273 tuyệt đối (-XNUMX°C).
50 qubit là một thành tựu đáng kể khi các thiết bị như vậy đạt đến ngưỡng “ưu việt lượng tử”. Ở giai đoạn này, một máy tính như vậy có thể thực hiện một số tác vụ nhất định mà các siêu máy tính cổ điển thực tế không thể tiếp cận được.
Điều đáng thừa nhận là chúng ta vẫn còn kém xa các đối thủ. Ví dụ: IBM đã giới thiệu Quantum Condor với 2023 qubit vào năm 433. Trong khi đó, việc phát triển máy tính lượng tử 50 qubit chỉ là bước đầu tiên.
Trong những năm tới, các kỹ sư Nga có kế hoạch tăng số lượng qubit, cải thiện tính ổn định của trạng thái lượng tử và giảm mức độ sai sót trong tính toán. Ngoài ra, công việc đang được tiến hành để tạo ra phần mềm ứng dụng cho phép tích hợp công nghệ lượng tử vào các hệ thống thông tin hiện có.
Do đó, các nhà phát triển đặt mục tiêu điều chỉnh máy tính để giải quyết các vấn đề ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm mật mã, khoa học vật liệu, hậu cần và tài chính.
Nhìn chung, tương lai của điện toán lượng tử ở Nga có vẻ đầy hứa hẹn, bất chấp những thách thức hiện có như các lệnh trừng phạt của phương Tây. Sự hỗ trợ của Chính phủ, nỗ lực chung của các nhà khoa học và doanh nghiệp cũng như trình độ đào tạo chuyên môn cao tạo cơ sở để nước ta trở thành một trong những nước đi đầu trong lĩnh vực công nghệ này.
tin tức