Quantum Computing – Tập 4. Công nghệ mới

Quantum Technology – Công nghệ lượng tử đã chuyển từ khoa học viễn tưởng sang hiện thực, mở ra những khả năng mới trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Rất may, bạn không cần phải là nhà vật lý lượng tử để hiểu công nghệ lượng tử. Tất cả những gì bạn cần biết là công nghệ lượng tử là những công cụ và kỹ thuật tận dụng các quy luật kỳ lạ và tuyệt vời của vật lý lượng tử để làm điều gì đó hữu ích.

Bài Blog được dịch từ blog tiếng Anh của tác giả Thinh Q. Dinh

Điện toán lượng tử

Máy tính lượng tử sử dụng bit lượng tử hoặc qubit, có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc do sự chồng chất lượng tử. Do đó, máy tính lượng tử có khả năng xử lý lượng thông tin cao hơn hiệu quả hơn máy tính truyền thống.

IBM hiện cung cấp dịch vụ điện toán lượng tử dựa trên đám mây thông qua nền tảng Q Experience, cho phép người dụng chạy thuật toán trên bộ xử lý lượng tử lên tới 433 qubit (IBM Osprey) [1]. Năm 2019, Google tuyên bố bộ xử lý lượng tử Sycamore với 53 qubit của họ đã đạt được “ưu thế lượng tử” bằng giải quyết một vấn đề trong 200 giây mà siêu máy tính mạnh nhất phải mất hàng nghìn năm [2]. Một số công ty khác như IonQ, QuEra và Xanadu đang phát triển bộ xử lý lượng tử với 32, 256 và 216 qubit tương ứng [3]. Mặc dù, máy tính lượng tử hoàn thiện có khả năng ứng dụng thực tế vẫn còn nhiều năm nữa mới có, nhưng những tiến bộ này thể hiện tiềm năng trong khám phá thuốc, vận tải, tối ưu hóa mạng và học máy.

Cảm biến lượng tử

Cảm biến lượng tử khai thác coherence lượng tử để nâng cao khả năng của cảm biến. Ví dụ, máy đo trọng sai lượng tử của Đại học Birmingham** của Vương quốc Anh sử dụng giao thoa lượng tử để đo chính xác những biến đổi nhỏ trong trường hấp dẫn [4]. Điều này có ứng dụng trong thăm dò khoáng sản và dầu mỏ, lập bản đồ cơ sở hạ tầng dưới lòng đất và lập bản đồ tầng nước.

Vào tháng 1 năm 2021, các nhà khoa học của Quân đội Hoa Kỳ đã phát triển máy thu lượng tử siêu băng thông rộng đầu tiên để phân tích toàn bộ phổ tần số vô tuyến từ 0 đến 20 GHZ, phát hiện AM, FM, Bluetooth và WiFi [5].

Mạng và Truyền thông Lượng tử

Truyền thông lượng tử tận dụng sự rối lượng tử để truyền thông tin có độ an toàn cao. Một ví dụ điển hình là vệ tinh Micius của Trung Quốc đã phân phối thành công khóa lượng tử đến các trạm mặt đất gần Vienna và Bắc Kinh, tạo điều kiện cho một cuộc họp ảo an toàn cách nhau 7400 km [6].

Ngoài thành công của Micius, các mạng truyền thông lượng tử đáng chú ý khác bao gồm hệ thống phân phối khóa lượng tử trên đất liền được thiết lập giữa Vienna và St Poelten, Áo sử dụng 200 km cáp quang tiêu chuẩn [7], cũng như mạng lượng tử DARPA của Hoa Kỳ [8].

References

[1] IBM,”IBM Unveils 400 Qubit-Plus Quantum Processor and Next-Generation IBM Quantum System Two”,URL: https://newsroom.ibm.com/2022-11-09-IBM-Unveils-400-Qubit-Plus-Quantum-Processor-and-Next-Generation-IBM-Quantum-System-Two

[2] Google, “Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor”, URL:https://blog.research.google/2019/10/quantum-supremacy-using-programmable.html

[3] Wikipedia, “List of quantum processors”, URL: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_quantum_processors

[4] UBirmingham,”Sensor breakthrough paves way for groundbreaking map of world under Earth surface”, URL: https://www.birmingham.ac.uk/news/2022/sensor-breakthrough-paves-way-for-groundbreaking-map-of-world-under-earth-surface

[5] IDST.”Militaries developing Quantum receiver employing Rydberg atoms”,URL: https://idstch.com/technology/quantum/militaries-developing-quantum-receiver-employing-rydberg-atoms-for-ultrasensitive-ultrawideband-and-fast-soldier-communications/

[6] PhysicsWorld, “Beijing and Vienna have a quantum conversation”, URL: https://physicsworld.com/a/beijing-and-vienna-have-a-quantum-conversation/

[7] BBC, “‘Unbreakable’ encryption unveiled”, URL: http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7661311.stm

[8] “DARPA quantum network: A brief history”, URL: https://www.aliroquantum.com/blog/darpa-quantum-network-a-brief-history