Giải thích tiềm năng vô hạn của máy tính lượng tử bằng tiếng Anh khá hài hước (Không có toán học)

Lượng tử là thứ sâu thẳm, đen tối, bí ẩn… Đùa thôi. Nó đã trở nên nổi tiếng sau Avengers Endgame. Này vần điệu!

Tôi hứa với bạn điều này - không có công thức! Chỉ cần một số con số.

Tổng quan nội dung

• Thế giới lượng tử
• Cơ học lượng tử thực sự là Mania lượng tử - Không xúc phạm, Marvel!
• Đối mặt những thách thức
• Phương pháp tính toán lượng tử
• qubit siêu dẫn
• Máy tính lượng tử ion bị bẫy
• Máy tính lượng tử quang tử
• Máy ủ lượng tử
• Xem trước tương lai
• Máy tính 100.000 Qubit trong tương lai có thể làm gì?
• Phần kết luận

Thế giới lượng tử

Giới hạn Planck.

1,616255×10^(−35) m.

Khoảng thời gian mà vật lý cổ điển trở thành vật lý lượng tử.

Nơi tất cả những trực giác chung của chúng ta bị phá vỡ.

Niels Bohr, nhà vật lý lượng tử tiên phong có câu nói nổi tiếng:

Nếu cơ học lượng tử không làm bạn ngạc nhiên sâu sắc, thì bạn chưa hiểu đúng về nó.

Anh ấy đã đúng! (Không đùa đâu, nghiêm túc mà nói, tôi sẽ không bao giờ tin điều đó, ý tôi là mọi người đều biết cõi lượng tử là thứ đơn giản. Tony Stark đã tìm ra nó. Và anh ấy là một diễn viên. Chỉ là một diễn viên!)

Trong lĩnh vực vật lý lượng tử, ở thang đo Planck cực kỳ nhỏ, chúng ta bắt gặp một thực tế hấp dẫn và gây sửng sốt, thách thức sự hiểu biết thông thường của chúng ta.

Hãy đi sâu vào một số khía cạnh chính của quy mô này. Có rất nhiều khái niệm để xử lý và giải quyết mà chúng ta sẽ đi từng cái một.

Cơ học lượng tử thực sự là Mania lượng tử - Không xúc phạm, Marvel!

Tại giới hạn Planck, chúng tôi có các vấn đề sau:

mạch lạc

Sự kết hợp đóng một vai trò quan trọng trong thang đo Planck, đề cập đến sự ổn định và tính toàn vẹn của các trạng thái lượng tử. Nó xác định các hiện tượng lượng tử tồn tại bao lâu. Khi thời gian tồn tại của trạng thái nhỏ hơn 10 ^(-25) giây (0,000000000000000000000000001 giây), làm cách nào để bạn giữ trạng thái ổn định và làm việc với trạng thái đó? (^ là ký hiệu của lũy thừa, ví dụ: 10^5 = 100.000 và 10^(-5) = 0,00001)

vướng víu

Sự vướng víu, một hiện tượng đáng chú ý, xảy ra khi các trạng thái lượng tử của các hạt trở nên liên kết phức tạp, bất kể sự phân tách vật lý của chúng. Điều này thật ma quái và gây bối rối cho những bộ óc vĩ đại như Einstein. Ở quy mô Planck, sự vướng víu đóng vai trò là nền tảng, tạo ra các mối tương quan phi cục bộ và tạo điều kiện truyền thông tin tức thời giữa các hạt vướng víu mà không cần giao tiếp cổ điển. Nói cách khác, thông tin di chuyển từ phần này sang phần khác của vũ trụ, ngay lập tức! (Nhanh hơn cả ánh sáng!) Và đó là sự thật, một hiện tượng bất chấp lời giải thích. (Tôi hứa sẽ cung cấp cho bạn một cái nhìn sâu sắc hơn trong một bài viết sau.)

chồng chất

Sự chồng chất là một tính năng hấp dẫn của các hệ lượng tử, cho phép các hạt tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái. Ở thang đo Planck, các hạt có thể giả sử sự chồng chất của các trạng thái khác nhau, cho thấy rằng các thuộc tính như vị trí, động lượng hoặc spin không được xác định rõ ràng cho đến khi được đo lường. Nguyên tắc này làm nền tảng cho tính toán lượng tử và sự phát triển của các thuật toán lượng tử. Tôi không thể nhấn mạnh thực tế này mạnh mẽ hơn.

Nguyên tắc bất định

Nguyên lý bất định, do Werner Heisenberg xây dựng, khẳng định rằng một số cặp tính chất vật lý, như vị trí và động lượng, không thể được đo chính xác đồng thời với độ chính xác không giới hạn. Ở quy mô Planck, Nguyên lý bất định đảm nhận một vai trò quan trọng, làm nổi bật tính chất bất định và xác suất cố hữu của các hệ lượng tử. Nói một cách đơn giản, bạn có thể biết tốc độ của ô tô hoặc vị trí hiện tại của ô tô, bạn không thể biết cả hai (một phép loại suy rất sơ sài và thô thiển) khi bạn quan sát nó ở mức lượng tử.

Lưỡng tính sóng-hạt

Lưỡng tính sóng hạt là một khái niệm cơ bản trong vật lý lượng tử. Ở thang Planck, các hạt thể hiện hành vi giống như sóng, trong khi sóng có thể thể hiện các đặc điểm giống như hạt. Tính hai mặt này thách thức những trực giác cổ điển của chúng ta, khi các hạt thể hiện các kiểu giao thoa, nhiễu xạ và sự lan truyền giống như sóng. Điều này bất chấp mọi logic. Vậy thì vật chất, năng lượng là gì? Hay năng lượng, vật chất? Khái niệm khối lượng chính nó là gì? Điều này trực tiếp dẫn đến sự tương đương khối lượng-năng lượng của Einstein.

Hành động từ xa

Tác dụng ở khoảng cách xa đề cập đến ảnh hưởng phi cục bộ đáng chú ý quan sát được giữa các hạt bị vướng víu. Các phép đo hoặc thao tác được thực hiện trên một hạt ngay lập tức ảnh hưởng đến đối tác bị vướng víu của nó, bất kể khoảng cách không gian giữa chúng. Hiện tượng này thách thức các quan niệm cổ điển, trong đó việc truyền thông tin bị giới hạn bởi tốc độ ánh sáng. Đây là điều mà tôi gọi là đã làm phiền Einstein về cơ học lượng tử. Có một lý thuyết 'biến ẩn' có thể là một lời giải thích. Thêm về điều đó sau.

Vật lý xác suất

Vật lý lượng tử bao hàm các yếu tố xác suất vốn có, sử dụng biên độ xác suất để mô tả khả năng xảy ra các kết quả khác nhau. Ở thang đo Planck, bản chất xác suất của cơ học lượng tử trở nên nổi bật, với các phép đo mang lại xác suất hơn là kết quả xác định. Các công cụ toán học như hàm sóng và ma trận nắm bắt được khuôn khổ xác suất này. Và nó là một hiện tượng rất lượng tử. Làm thế nào có một hạt ở vị trí đó với xác suất 43%? Hay là một làn sóng? Liệu nó thậm chí có ý nghĩa?

phương trình Schrödinger

Phương trình Schrödinger là một phương trình trung tâm trong cơ học lượng tử, chỉ ra sự tiến hóa theo thời gian của các hệ lượng tử. Nó thiết lập mối quan hệ giữa hàm sóng, năng lượng và toán tử của hệ thống. Ở thang đo Planck, Phương trình Schrödinger cung cấp một khung toán học để hiểu hành vi và động lực học của các hệ lượng tử.

Tôi đã nói không có công thức, và tôi giữ lời hứa của mình. Google Schrödinger Equation nếu bạn quan tâm.

Vì vậy, về cơ bản, mọi thứ ở cấp độ lượng tử không thể được giải thích bằng logic thông thường và trực giác trong thế giới thực. Tuy nhiên, mọi người đã thiết kế và thậm chí thực hiện các chương trình lượng tử/cổ điển trên máy tính lượng tử. Hãy xem một số trở ngại mà họ gặp phải.

Đối mặt những thách thức

Chất lượng và độ ổn định của Bit lượng tử (Qubit)

Nền tảng của điện toán lượng tử nằm ở qubit, là bản sao lượng tử của các bit cổ điển. Đảm bảo chất lượng và tính ổn định của qubit là vô cùng quan trọng đối với tính toán lượng tử đáng tin cậy. Mọi nguyên tử đều có năng lượng - bởi vì nó có nhiệt độ. Nhiệt độ là năng lượng dao động của nguyên tử. Và nó dao động. Làm thế nào để bạn có được nó ở lại một nơi? Đóng băng nó đến -273 độ C - Nhiệt độ không độ tuyệt đối, làm dừng mọi chuyển động. Thật không may, các qubit rất dễ bị ảnh hưởng bởi các nhiễu loạn bên ngoài như dao động nhiệt độ và nhiễu điện từ, dẫn đến sai sót và mất kết hợp. Duy trì sự gắn kết và ổn định của qubit trong thời gian dài là một thách thức đáng kể mà các nhà nghiên cứu đang tích cực giải quyết.

Mất kết hợp và sửa lỗi

Sự mất kết hợp đặt ra một trở ngại đáng kể trong các hệ thống lượng tử. Nó xảy ra khi các qubit tương tác với môi trường xung quanh, khiến chúng mất trạng thái lượng tử và hoạt động bình thường. Giới hạn này hạn chế thời gian mà các hoạt động lượng tử có thể được thực hiện một cách đáng tin cậy. Phát triển các kỹ thuật sửa lỗi mạnh mẽ để giảm thiểu lỗi và mất kết hợp là một thách thức quan trọng. Các nhà nghiên cứu đang khám phá các mã sửa lỗi, như mã sửa lỗi lượng tử, để bảo vệ các qubit và đảm bảo khả năng tính toán đáng tin cậy. Đây là ý của tôi khi tồn tại trong 10^(-25) giây.

khả năng mở rộng

Máy tính lượng tử cần một số lượng lớn qubit để giải quyết các vấn đề phức tạp. Tuy nhiên, việc nhân rộng các hệ thống lượng tử đưa ra những thách thức đáng kể. Khi số lượng qubit tăng lên, việc duy trì tính nhất quán của chúng và giảm thiểu lỗi trở nên khó khăn hơn theo cấp số nhân. Hơn nữa, việc liên kết các qubit một cách chính xác và kiểm soát tương tác giữa một lượng lớn qubit đặt ra những khó khăn đáng kể về kỹ thuật và công nghệ. Không chỉ đáng kể, mà còn gần như không thể. làm thế nào để bạn kết nối những thứ thay đổi khi được kết nối với một thứ khác hoàn toàn? Chúng ta không thể điều khiển các bit lượng tử theo cách chúng ta làm với các bit cổ điển. Và internet lượng tử có lẽ là thách thức lớn nhất trong số đó. ( ngoài việc nhận được một ứng cử viên POTUS thực sự thông minh để thay đổi.)

Sản xuất và Kiểm soát

Sản xuất chính xác các thiết bị lượng tử với khả năng kiểm soát đặc biệt là một thách thức lớn. Phần cứng lượng tử thường dựa vào các kỹ thuật và vật liệu sản xuất chuyên dụng như mạch siêu dẫn hoặc bẫy ion. Đạt được độ chính xác và khả năng tái tạo cần thiết trong quy trình sản xuất là điều cần thiết để xây dựng các hệ thống lượng tử đáng tin cậy và có thể mở rộng. Và loại độ chính xác đó sẽ là một bước ngoặt mới trong kỹ thuật nếu nó đạt được. Chúng ta cần tạo các bản sao giống hệt nhau với độ chính xác là 10^(-35) tại đây. Ngay cả những người lạc quan cũng thấy khó thảo luận về vấn đề này!

Ngoài ra, đạt được sự kiểm soát chính xác đối với các hệ thống lượng tử là điều tối quan trọng. Khả năng kiểm soát trạng thái qubit, hoạt động của cổng và phép đo với độ trung thực cao là cần thiết để tính toán lượng tử chính xác. Việc phát triển các hệ thống điều khiển có khả năng xử lý độ phức tạp và tốc độ cần thiết cho các hoạt động lượng tử là một thách thức kỹ thuật ghê gớm. Ghê gớm đến mức ngoài IBM, công ty tiên phong đầu tiên về điện toán lượng tử, chưa có ai khác tạo ra máy tính lượng tử đa năng 400 qubit+. (D-Wave không được tính vì nó không phải là mục đích chung, nó chỉ có một chức năng cố định - ủ. Giải thích sắp tới!)

Kết nối lượng tử và truyền thông

Điện toán lượng tử thường liên quan đến nhiều qubit được phân phối trên các hệ thống vật lý. Việc thiết lập các kết nối lượng tử đáng tin cậy và hiệu quả cũng như giao tiếp giữa các qubit này là rất quan trọng. Giao tiếp lượng tử dựa trên sự vướng víu, rất nhạy cảm với tiếng ồn môi trường và đòi hỏi phải phân phối và bảo toàn sự vướng víu trên một khoảng cách đáng kể. Phát triển các công nghệ kết nối lượng tử có thể tạo điều kiện giao tiếp dựa trên sự vướng víu giữa các qubit là một thách thức đang diễn ra. Nhiều người nói rằng điều đó là không thể. Và nó chắc chắn có vẻ như vậy. Nhưng chúng ta luôn có thể hy vọng…

Những gì tâm trí của con người có thể hình dung, bàn tay của Thiên Chúa có thể đạt được.

Thomas Cherickal

( Hãy nhìn xem, đó là tôi, người khôn ngoan. Hmmm - nghĩ ý tôi là người khôn ngoan. Dù sao thì nó cũng sai trong cả hai trường hợp!)

Môi trường đông lạnh

Nhiều nền tảng điện toán lượng tử, chẳng hạn như qubit siêu dẫn, hoạt động ở nhiệt độ cực thấp gần độ không tuyệt đối. Tạo và duy trì các môi trường đông lạnh này (Cryogen - đề cập đến nhiệt độ gần bằng không tuyệt đối trong vật lý cổ điển - Google it) đưa ra một nhiệm vụ kỹ thuật đáng gờm. Hệ thống làm mát phải được thiết kế tỉ mỉ để giảm thiểu tiếng ồn và dao động nhiệt có thể phá vỡ sự gắn kết qubit (về cơ bản, chúng có thể tăng nhiệt độ và bắt đầu di chuyển trở lại). Đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả của các hệ thống đông lạnh là một khía cạnh quan trọng của quá trình phát triển phần cứng lượng tử. Đây là ý nghĩa của độ không tuyệt đối (-273 độ C).

Hệ thống tích hợp và lai

Phần cứng máy tính lượng tử thường cần được tích hợp với các hệ thống máy tính cổ điển cho mục đích điều khiển, đọc và sửa lỗi. Thu hẹp khoảng cách giữa các hệ thống cổ điển và lượng tử, đồng thời phát triển các phương pháp kết hợp khai thác điểm mạnh của cả hai công nghệ đặt ra những thách thức đáng kể. Tích hợp cũng mở rộng để kết hợp các thành phần phần cứng, chẳng hạn như điều khiển điện tử vào một nền tảng điện toán lượng tử nhất quán. Microsoft đã thực hiện một số công việc tốt về điều này. Họ đã tích hợp phần mềm lượng tử của mình vào hệ sinh thái .NET Core phong phú và cung cấp nguồn mở cho nó. Không còn vấn đề về khả năng tương tác với mã lượng tử!

Chi phí và Tài nguyên

Việc phát triển phần cứng lượng tử đòi hỏi nguồn lực tài chính và kỹ thuật đáng kể. Việc xây dựng và vận hành các hệ thống lượng tử thường liên quan đến cơ sở hạ tầng đắt tiền, bao gồm các cơ sở sản xuất chuyên dụng, thiết bị đông lạnh và hệ thống điều khiển chính xác. Các tổ chức nghiên cứu và công ty đầu tư vào phần cứng lượng tử phải đối mặt với thách thức cân bằng chi phí và phân bổ nguồn lực trong khi vượt qua ranh giới của những tiến bộ công nghệ. Các chi phí chỉ là quá nhiều! Đó là nơi Trung Quốc thực sự có lợi thế. Chính phủ Trung Quốc đang rót hàng tỷ đô la vào bộ phận điện toán lượng tử của mình và chúng ta đang thấy kết quả ngay bây giờ. Họ đã đạt được dịch chuyển tức thời từ trái đất đến một vệ tinh. Du lịch tức thời. ( Nhưng họ vẫn không thoát khỏi tin đồn Corona - buồn!)

Hạn chế cơ bản về vật lý và lý thuyết

Phần cứng máy tính lượng tử phải tuân theo các giới hạn cơ bản do các định luật vật lý và nguyên tắc của cơ học lượng tử áp đặt. Đặc biệt, các máy tính lượng tử mà chúng ta có hiện nay thường được gọi là thiết bị lượng tử quy mô trung gian (NISQ) ồn ào, phải đối mặt với những hạn chế liên quan đến sự kết hợp của qubit, độ trung thực của cổng và tỷ lệ lỗi. Vượt qua những hạn chế này đòi hỏi những cách tiếp cận sáng tạo và đột phá trong các lĩnh vực như khoa học vật liệu, vật lý và khoa học máy tính.

Đã nói tất cả những điều đó, một số công ty đã bắt đầu tạo ra máy tính lượng tử.

Chúng ta hãy xem một vài trong số họ.

Phương pháp tính toán lượng tử

qubit siêu dẫn

Các qubit siêu dẫn được thực hiện bằng cách sử dụng các mạch nhỏ làm bằng vật liệu siêu dẫn. Các mạch này được làm mát đến nhiệt độ cực thấp để khai thác hiện tượng siêu dẫn, trong đó điện trở biến mất. IBM và Google là hai công ty nổi tiếng làm việc với các qubit siêu dẫn. Các hệ thống IBM Q của IBM có thể truy cập thông qua Trải nghiệm lượng tử của IBM, cho phép người dùng chạy thử nghiệm lượng tử và truy cập phần cứng hiện đại. Đây là một thành tựu độc đáo vì nó cho phép người mới và nghiệp dư truy cập vào phần cứng điện toán lượng tử SOTA IBM qua đám mây và chạy thử nghiệm cũng như chương trình trên hệ thống của họ trên đám mây.

Google Quantum AI sử dụng qubit siêu dẫn cho các nỗ lực nghiên cứu và phát triển của họ. Hai sáng kiến chính của họ được gọi là OpenFermion và TensorFlow Quantum, cả hai đều chạy trên SDK điện toán lượng tử Google Cirq của họ. OpenFermion được sử dụng cho các mô phỏng hóa học lượng tử, trong khi TensorFlow Quantum là sự kết hợp lượng tử giữa Học máy cổ điển và Học máy lượng tử, cung cấp rất nhiều tính linh hoạt cho kỹ sư. Tính đến thời điểm hiện tại, hai công ty này là những người dẫn đầu trong cuộc đua hướng tới ưu thế lượng tử - thời điểm mà máy tính lượng tử làm được điều mà máy tính cổ điển không thể làm được và nó cũng là một ứng dụng hiệu quả với trường hợp sử dụng chắc chắn. Cả hai công ty đều tuyên bố đã đạt được nó, nhưng ứng dụng của IBM ấn tượng hơn nhiều so với Google.

Máy tính lượng tử ion bị bẫy

Máy tính lượng tử ion bị bẫy sử dụng các ion riêng lẻ bị bẫy bằng trường điện từ để lưu trữ và thao tác thông tin lượng tử. Các ion này thường là qubit có thời gian kết hợp lâu và hoạt động có độ chính xác cao. IonQ là công ty hàng đầu trong lĩnh vực này, cung cấp quyền truy cập vào các máy tính lượng tử ion bị mắc kẹt thông qua nền tảng đám mây của mình. Honeywell Quantum Solutions là một công ty khác đã phát triển phần cứng lượng tử dựa trên ion bị bẫy của riêng mình, nhằm mục đích nâng cao khả năng của các hệ thống ion bị bẫy. Cả hai đều hứa hẹn và có những ưu điểm khác nhau so với hệ thống qubit siêu dẫn, ưu điểm chính là nhiệt độ đông lạnh là không cần thiết.

Máy tính lượng tử tô pô

Máy tính lượng tử tô pô dựa trên các hạt gọi là bất kỳ hạt nào, thể hiện các đặc tính kỳ lạ, đặc tính chính là chúng là phản hạt của chính chúng (chỉ cần nhớ câu lệnh, tôi sẽ giải thích sau). Bộ phận Điện toán lượng tử của Microsoft đi đầu trong việc phát triển phần cứng lượng tử topo. Họ đang tích cực nghiên cứu một qubit topo dựa trên một hạt được gọi là fermion Majorana. Các qubit dựa trên Majorana dự kiến sẽ cung cấp khả năng chống lỗi nâng cao, khiến chúng trở thành những ứng cử viên đầy triển vọng cho tính toán lượng tử chịu lỗi. Đó là một cách tiếp cận mới lạ và Microsoft cũng đã thực hiện một bước đi thông minh để tích hợp ngôn ngữ lập trình lượng tử (Q#.NET) vào hệ sinh thái .NET phong phú gồm các thư viện và chức năng điện toán cổ điển. Do đó, Q# có quyền truy cập vào một tập hợp rộng lớn các ứng dụng điện toán cổ điển mà không phải lo lắng về khả năng tương tác, đây chắc chắn là một thành tựu đáng kể.

Máy tính lượng tử quang tử

Máy tính lượng tử quang tử sử dụng photon, hạt ánh sáng, để mã hóa và xử lý thông tin lượng tử. Xanadu, PsiQuantum và LightMatter là những công ty đáng chú ý làm việc trên phần cứng lượng tử quang tử. Xanadu cung cấp quyền truy cập vào các máy tính lượng tử quang tử của mình thông qua một nền tảng đám mây có tên là Đám mây lượng tử Xanadu. PsiQuantum tập trung vào việc phát triển một máy tính lượng tử quang tử hàng triệu qubit, có khả năng chịu lỗi, với mục tiêu cho phép các ứng dụng thực tế. LightMatter chuyên phát triển bộ xử lý quang tử cho nhiều ứng dụng. Máy tính quang tử là một cách tiếp cận khác cho thấy nhiều hứa hẹn. Họ là một trong những công ty hàng đầu hiện nay về Học máy lượng tử, nhờ có thư viện máy học lượng tử PennyLane và thư viện lượng tử quang tử StrawberryFields của họ.

Máy ủ lượng tử

Máy ủ lượng tử là phần cứng lượng tử chuyên dụng được thiết kế để giải quyết các vấn đề tối ưu hóa. D-Wave Systems là một công ty nổi bật trong không gian này. Cái gọi là máy tính lượng tử đầu tiên có '2.000 qubit' được chế tạo bởi D-Wave. Tuy nhiên, hệ thống của họ đặc biệt hướng đến việc giải các bài toán tối ưu hóa thông qua một quá trình gọi là ủ lượng tử. Do đó, hầu hết các nhà nghiên cứu lượng tử nghĩ về hệ thống của họ như một cỗ máy đơn năng dựa trên tùy chỉnh chứ không phải máy tính lượng tử đa năng như các kiến trúc khác trong danh sách này. Công nghệ ủ lượng tử của họ sử dụng một mạng lưới các qubit siêu dẫn để tìm ra các trạng thái năng lượng thấp tương ứng với các giải pháp tối ưu. Phải nói rằng, các hệ thống của D-Wave đã được nhiều tổ chức và viện nghiên cứu khác nhau sử dụng để giải quyết các thách thức tối ưu hóa phức tạp trong các ngành.

Xem trước tương lai

Đây là SOTA (State-Of-The-Art) hiện tại đối với các ứng dụng phần cứng. Nhưng chúng ta hy vọng làm được gì với chúng? Hãy phá vỡ điều đó tiếp theo.

Máy tính 100.000 Qubit trong tương lai sẽ có thể làm gì?

Máy tính lượng tử sở hữu hai phẩm chất khiến chúng trở nên độc đáo và mang lại cho chúng nhiều triển vọng cho các ứng dụng hiệu năng cao. Họ đang:

chồng chất

Một máy tính cổ điển chỉ có thể nhận một giá trị tại một thời điểm. Ngược lại, một siêu máy tính lượng tử ở trạng thái chồng chất có thể đảm nhận tất cả các cấu hình có thể có của các biểu diễn 2^N ngay lập tức, điều này cho phép tính song song lớn. Các chuyên gia tin rằng, khi được thiết kế phù hợp, máy tính lượng tử sẽ có thể đánh giá đồng thời tất cả các cấu hình 2^N.

Bây giờ 2^100 là nhiều nguyên tử hơn trong Vũ trụ. Máy tính lượng tử 2^(100.000) sẽ đạt được điều gì? Tôi nóng lòng muốn tìm hiểu!

vướng víu

Sự vướng víu cho phép chúng ta giao tiếp giữa hai qubit ngay lập tức, bất kể chúng cách nhau bao xa. Hiện tượng này thậm chí còn bỏ qua giới hạn tốc độ ánh sáng đối với hầu hết các lực trong vũ trụ. Nó là một kho báu tiềm ẩn tiềm năng vô hạn. Chúng ta có thể đạt được giao tiếp và thậm chí có thể một ngày nào đó, dịch chuyển vật chất theo cách mà yếu tố giới hạn tốc độ ánh sáng không áp dụng.

Nhìn về tương lai, nơi điện toán lượng tử đã phát triển đến quy mô 100.000 qubit, khả năng đạt được những tiến bộ đột phá càng trở nên hấp dẫn hơn. Hãy khám phá một số lĩnh vực tiềm năng mà một máy tính lượng tử mạnh mẽ như vậy có thể có tác động biến đổi:

1. Mô phỏng lượng tử quy mô lớn

Mô phỏng lượng tử là một ứng dụng của máy tính lượng tử nhằm mô phỏng và nghiên cứu các hệ thống lượng tử phức tạp khó phân tích bằng máy tính cổ điển. Các hệ thống lượng tử, chẳng hạn như các phân tử, vật liệu và thậm chí toàn bộ các quá trình vật lý, thể hiện các hành vi phức tạp chịu sự chi phối của các định luật cơ học lượng tử. Hiểu và dự đoán chính xác hành vi của các hệ thống này có thể có ý nghĩa quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm hóa học, vật lý, khoa học vật liệu và khám phá thuốc.

Trong khi các máy tính cổ điển có thể mô phỏng các hệ thống lượng tử đơn giản, sức mạnh tính toán của chúng nhanh chóng giảm đi khi kích thước và độ phức tạp của hệ thống lượng tử tăng lên. Điều này là do sự tăng trưởng theo cấp số nhân của tài nguyên tính toán cần thiết để biểu diễn chính xác trạng thái của một hệ lượng tử. Ngược lại, máy tính lượng tử khai thác các nguyên tắc của cơ học lượng tử để mô phỏng và khám phá các hệ lượng tử phức tạp này một cách hiệu quả.

Mô phỏng lượng tử tận dụng khả năng của máy tính lượng tử để điều khiển và kiểm soát các trạng thái lượng tử, chẳng hạn như qubit, thông qua các hoạt động như chồng chất và vướng víu. Bằng cách biểu diễn hệ lượng tử quan tâm bằng cách sử dụng qubit, các nhà nghiên cứu có thể tận dụng sức mạnh tính toán của máy tính lượng tử để thực hiện các mô phỏng không khả thi đối với máy tính cổ điển.

Để thực hiện mô phỏng lượng tử, một số bước thường được thực hiện:

1. Mã hóa hệ thống: Bước đầu tiên là ánh xạ các thuộc tính của hệ lượng tử đang được mô phỏng lên các qubit của máy tính lượng tử. Mã hóa này cho phép máy tính lượng tử biểu diễn và điều khiển các trạng thái lượng tử liên quan đến mô phỏng một cách chính xác.

   
   

2. Thực hiện thuật toán mô phỏng: Thuật toán mô phỏng được thiết kế để bắt chước hành vi của hệ lượng tử mục tiêu. Nó bao gồm một loạt các cổng lượng tử và các hoạt động phát triển trạng thái của qubit theo các định luật cơ học lượng tử. Các cổng này thực hiện các phép biến đổi trên qubit, chẳng hạn như các phép quay và hoạt động vướng víu, để mô phỏng các tương tác và động lực học mong muốn của hệ thống đích.

   
   

3. Thực hiện mô phỏng: Thuật toán mô phỏng được thực hiện trên máy tính lượng tử, máy tính này thực hiện các hoạt động lượng tử cần thiết trên các qubit. Các cổng lượng tử của máy tính lượng tử điều khiển các trạng thái của qubit, cho phép khám phá các kịch bản khác nhau và các phép đo quan tâm trong hệ thống lượng tử mô phỏng.

   
   

4. Trích xuất kết quả: Sau khi quá trình mô phỏng hoàn tất, máy tính lượng tử cung cấp trạng thái cuối cùng của các qubit, biểu thị trạng thái mô phỏng của hệ thống lượng tử. Các phép đo có thể được thực hiện trên các qubit để trích xuất thông tin về các vật thể quan sát cụ thể hoặc các thuộc tính quan tâm trong hệ thống mô phỏng. Các phép đo này có thể được sử dụng để hiểu rõ hơn về hành vi của hệ thống lượng tử hoặc xác nhận các mô hình lý thuyết.

   
   

Mô phỏng lượng tử có khả năng cách mạng hóa nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong việc hiểu và thiết kế các vật liệu mới, tối ưu hóa các phản ứng hóa học và giải quyết các vấn đề lượng tử phức tạp.

2. Tối ưu hóa và những thách thức toàn cầu

Tối ưu hóa là một vấn đề cơ bản trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ hậu cần và tài chính đến học máy và mật mã. Mục tiêu của tối ưu hóa là tìm ra giải pháp tốt nhất từ một tập hợp lớn các tùy chọn khả thi để tối ưu hóa một mục tiêu cụ thể hoặc thỏa mãn một tập hợp các ràng buộc. Các máy tính cổ điển sử dụng nhiều thuật toán khác nhau để giải các bài toán tối ưu hóa, nhưng khi quy mô và độ phức tạp của bài toán tăng lên, việc tìm ra một giải pháp tối ưu ngày càng trở nên khó khăn và tốn thời gian.

Máy tính lượng tử cung cấp khả năng tăng tốc đáng kể các tác vụ tối ưu hóa thông qua việc sử dụng các thuật toán lượng tử được thiết kế đặc biệt cho các vấn đề tối ưu hóa. Các thuật toán này tận dụng các nguyên tắc của cơ học lượng tử, chẳng hạn như sự chồng chất và song song lượng tử, để khám phá đồng thời nhiều giải pháp tiềm năng, dẫn đến khả năng tăng tốc theo cấp số nhân so với các phương pháp cổ điển.

1. Một trong những thuật toán tối ưu hóa lượng tử nổi bật là Thuật toán tối ưu hóa gần đúng lượng tử (QAOA). QAOA kết hợp các kỹ thuật tối ưu hóa cổ điển với điện toán lượng tử để tìm ra giải pháp gần tối ưu cho các bài toán tối ưu tổ hợp. Nó liên quan đến việc mã hóa vấn đề tối ưu hóa thành một mạch lượng tử, bao gồm một loạt cổng lượng tử và các hoạt động được áp dụng cho qubit, sau đó điều chỉnh lặp đi lặp lại các tham số của các cổng này để cải thiện chất lượng của giải pháp. Bằng cách thực hiện các phép đo trên các qubit ở cuối mạch, thuật toán cung cấp một giải pháp ứng cử viên tiếp cận giải pháp tối ưu với mỗi lần lặp lại.

2. Một thuật toán tối ưu hóa lượng tử quan trọng khác là thuật toán ủ lượng tử , được sử dụng bởi các máy ủ lượng tử như hệ thống D-Wave. Ủ lượng tử đặc biệt hữu ích để giải các bài toán tối ưu hóa có thể được ánh xạ tới mô hình Ising hoặc bài toán tối ưu hóa nhị phân không giới hạn bậc hai (QUBO) . Nó tận dụng đường hầm lượng tử và dao động nhiệt để hướng hệ thống tới trạng thái năng lượng thấp tương ứng với các giải pháp tốt.
3. Máy tính lượng tử có khả năng được áp dụng cho nhiều vấn đề tối ưu hóa, chẳng hạn như tối ưu hóa danh mục đầu tư, lập kế hoạch hậu cần, gấp protein và tô màu biểu đồ. Nó đã được AlphaFold (chi nhánh của Google DeepMind) áp dụng để tạo ra các phương pháp chữa trị mới cho các bệnh nan y và mô hình hóa việc tạo ra các loại protein mới.

Những vấn đề này thường liên quan đến việc tìm kiếm trong một không gian giải pháp lớn để tìm ra cấu hình tốt nhất giúp tối ưu hóa một mục tiêu hoặc thỏa mãn các ràng buộc nhất định. Bằng cách khai thác sức mạnh của song song lượng tử và khám phá đồng thời nhiều giải pháp ứng cử viên, máy tính lượng tử có khả năng đẩy nhanh quá trình tìm kiếm các giải pháp tối ưu.

3. Mật mã và truyền thông an toàn

Điện toán lượng tử có khả năng tác động đáng kể đến lĩnh vực mật mã, cả về việc phá vỡ các sơ đồ mật mã hiện có và phát triển các thuật toán mật mã kháng lượng tử mới. Đây là hai ứng dụng chính của điện toán lượng tử trong mật mã:

1. Phá vỡ các sơ đồ mã hóa: Máy tính lượng tử có khả năng phá vỡ một số thuật toán mã hóa được sử dụng rộng rãi dựa trên độ khó của các vấn đề toán học cụ thể. Ví dụ, thuật toán của Shor đã chứng tỏ khả năng phân tích hiệu quả các số lớn và giải bài toán logarit rời rạc. Những vấn đề này tạo thành nền tảng của nhiều hệ thống mật mã khóa công khai, chẳng hạn như RSA và Diffie-Hellman. Bằng cách giải quyết hiệu quả các vấn đề toán học này, về mặt lý thuyết, máy tính lượng tử có thể phá vỡ tính bảo mật của các hệ thống này và xâm phạm thông tin liên lạc hoặc dữ liệu được mã hóa.

   
   

2. Mật mã kháng lượng tử: Khi sự phát triển của các máy tính lượng tử quy mô lớn ngày càng tiến triển, nhu cầu về các thuật toán mã hóa có khả năng chống lại các cuộc tấn công của máy tính lượng tử trở nên thiết yếu. Mật mã sau lượng tử (PQC) nhằm mục đích phát triển các thuật toán mã hóa, chữ ký và trao đổi khóa an toàn trước các cuộc tấn công từ cả máy tính cổ điển và máy tính lượng tử. Các thuật toán PQC thường dựa trên các vấn đề toán học khác nhau được cho là khó đối với cả máy tính cổ điển và lượng tử, chẳng hạn như mật mã dựa trên lưới, mật mã dựa trên mã, mật mã đa thức và mật mã dựa trên hàm băm. Các nỗ lực nghiên cứu đang được tiến hành để xác định và tiêu chuẩn hóa các thuật toán mật mã kháng lượng tử nhằm đảm bảo an toàn cho thông tin nhạy cảm trong thời kỳ hậu lượng tử.

4. Học máy và trí tuệ nhân tạo

Các thuật toán học máy lượng tử sẽ đạt đến mức độ phức tạp chưa từng có với 100.000 qubit. Điện toán lượng tử có khả năng tác động đến các khía cạnh khác nhau của học máy, mang lại khả năng giải quyết một số vấn đề tính toán hiệu quả hơn và cho phép phát triển các thuật toán mới, chẳng hạn như:

1. Thuật toán học máy lượng tử: Các nhà nghiên cứu đã khám phá sự phát triển của các thuật toán học máy lượng tử có thể tận dụng sức mạnh của máy tính lượng tử để giải quyết các tác vụ học máy cụ thể hiệu quả hơn. Các thuật toán lượng tử, chẳng hạn như máy vectơ hỗ trợ lượng tử (QSVM), thuật toán phân cụm lượng tử và mạng nơ-ron lượng tử, đã được đề xuất để giải quyết các vấn đề như phân loại, phân cụm và nhận dạng mẫu. Các thuật toán này nhằm mục đích khai thác các thuộc tính độc đáo của điện toán lượng tử, chẳng hạn như tính song song và giao thoa lượng tử, để có khả năng cung cấp khả năng tăng tốc hoặc cải thiện hiệu suất so với các phương pháp học máy cổ điển.

   
   

2. Xử lý và phân tích dữ liệu lượng tử: Máy tính lượng tử có thể được sử dụng để xử lý và phân tích các tập dữ liệu lớn hiệu quả hơn. Các thuật toán lượng tử, chẳng hạn như biến đổi Fourier lượng tử và phân tích thành phần chính lượng tử, có thể mang lại lợi thế trong các tác vụ tiền xử lý dữ liệu, giảm kích thước và trích xuất tính năng. Những kỹ thuật này có thể giúp chuẩn bị dữ liệu cho các thuật toán học máy cổ điển tiếp theo hoặc trích xuất các mẫu có ý nghĩa từ dữ liệu nhiều chiều.

   
   

3. Tối ưu hóa nâng cao lượng tử cho học máy : Tối ưu hóa là một thành phần quan trọng trong nhiều tác vụ học máy, chẳng hạn như huấn luyện mạng thần kinh hoặc tối ưu hóa siêu đường kính. Các thuật toán tối ưu hóa lượng tử, chẳng hạn như Thuật toán tối ưu hóa gần đúng lượng tử (QAOA) và Ủ lượng tử, có khả năng cung cấp các khả năng tối ưu hóa được cải thiện so với các kỹ thuật tối ưu hóa cổ điển. Các thuật toán này có thể giúp tìm ra các giải pháp tối ưu cho các vấn đề tối ưu hóa phức tạp gặp phải trong học máy.

   
   

4. Bảo mật dữ liệu lượng tử và học tập an toàn: Điện toán lượng tử cũng có thể góp phần tăng cường bảo mật dữ liệu và học tập an toàn. Mã hóa đồng hình, một kỹ thuật cho phép tính toán trên dữ liệu được mã hóa, có khả năng hưởng lợi từ tính toán lượng tử, cho phép tính toán an toàn hiệu quả hơn. Các giao thức phân phối khóa lượng tử (QKD) cung cấp một cách an toàn để tạo và trao đổi khóa mật mã, đảm bảo liên lạc an toàn và bảo vệ các mô hình và dữ liệu máy học nhạy cảm.

   
   

5. Hóa học lượng tử và thiết kế thuốc

Điện toán lượng tử có khả năng cách mạng hóa việc khám phá thuốc bằng cách tăng tốc đáng kể quá trình và cho phép dự đoán chính xác hơn. Dưới đây là một số khía cạnh chính về cách điện toán lượng tử có thể tác động đến việc khám phá thuốc:

1. Sức mạnh tính toán : Máy tính lượng tử có khả năng thực hiện các phép tính phức tạp nhanh hơn nhiều so với máy tính cổ điển. Lợi thế về tốc độ này có thể giảm đáng kể thời gian cần thiết cho các nhiệm vụ tính toán khác nhau trong quá trình khám phá thuốc, chẳng hạn như lập mô hình phân tử, sàng lọc ảo và mô phỏng động lực học phân tử.

   
   

2. Mô hình hóa phân tử : Máy tính lượng tử có thể mô phỏng chính xác hơn các tương tác phân tử bằng cách xem xét các hiệu ứng lượng tử mà máy tính cổ điển không thể xử lý hiệu quả. Điều này cho phép mô hình hóa chính xác hơn các tương tác giữa thuốc và đích, sự gấp nếp của protein và các quá trình phân tử quan trọng khác. (Chúng tôi đã đề cập đến AlphaFold trước đó)

   
   

3. Sàng lọc ảo : Điện toán lượng tử có thể tăng cường sàng lọc ảo, đó là quá trình đánh giá cơ sở dữ liệu lớn về các hợp chất để xác định các ứng cử viên thuốc tiềm năng. Bằng cách tận dụng các thuật toán lượng tử, máy tính lượng tử có thể khám phá một không gian hóa học lớn hơn và đưa ra những dự đoán chính xác hơn về ái lực liên kết và hoạt động của các phân tử thuốc tiềm năng.

   
   

4. Học máy lượng tử : Các thuật toán học máy lượng tử có thể tận dụng sức mạnh của điện toán lượng tử để phân tích và trích xuất thông tin chuyên sâu từ các bộ dữ liệu sinh học lớn. Điều này có thể giúp xác định các mẫu, dự đoán hiệu quả của thuốc, tối ưu hóa công thức thuốc và cá nhân hóa kế hoạch điều trị.

   
   

5. Tối ưu hóa các ứng cử viên thuốc : Điện toán lượng tử có thể được sử dụng để tối ưu hóa các ứng cử viên thuốc bằng cách giải quyết các vấn đề tối ưu hóa phức tạp. Ví dụ, nó có thể hỗ trợ xác định cấu trúc tối ưu của phân tử thuốc hoặc tìm ra con đường tổng hợp hiệu quả nhất.

   
   

6. Mô phỏng lượng tử : Máy tính lượng tử có thể mô phỏng hành vi của các hệ thống lượng tử, chẳng hạn như các phân tử sinh học phức tạp hoặc cấu trúc protein. Những mô phỏng này có thể cung cấp thông tin chi tiết về cách thuốc tương tác với mục tiêu của chúng, cho phép các nhà nghiên cứu thiết kế các liệu pháp nhắm mục tiêu và hiệu quả hơn.

   
   

6. Sự sống nhân tạo lượng tử và các hệ thống phức tạp

Điện toán lượng tử có khả năng đóng góp vào việc nghiên cứu sự sống nhân tạo và các hệ thống phức tạp theo nhiều cách. Dưới đây là một số khía cạnh chính mà điện toán lượng tử có thể có tác động:

1. Mô phỏng các hệ thống phức tạp : Máy tính lượng tử có thể mô phỏng các hệ thống phức tạp hiệu quả hơn máy tính cổ điển, cho phép các nhà nghiên cứu hiểu sâu hơn về hành vi và động lực của sự sống nhân tạo và các hệ thống phức tạp. Bằng cách mô hình hóa các hiệu ứng và tương tác lượng tử, các mô phỏng lượng tử có thể cung cấp sự thể hiện chính xác hơn về vật lý và hóa học cơ bản của các hệ thống này.

   
   

2. Học máy lượng tử : Các thuật toán học máy lượng tử có thể được áp dụng để phân tích và hiểu các hệ thống phức tạp. Máy tính lượng tử có thể xử lý và phân tích các tập dữ liệu lớn hiệu quả hơn, điều này đặc biệt có giá trị để nghiên cứu các mẫu phức tạp và các hành vi mới nổi trong sự sống nhân tạo và các hệ thống phức tạp. Các kỹ thuật máy học lượng tử có thể giúp khám phá các mối tương quan ẩn, tối ưu hóa các tham số hệ thống và đưa ra dự đoán về hành vi của hệ thống.

   
   

3. Tối ưu hóa và tìm kiếm : Các hệ thống phức tạp thường liên quan đến các vấn đề tối ưu hóa và tìm kiếm, chẳng hạn như tìm cấu hình tối ưu hoặc tìm kiếm các mẫu trong một không gian tham số rộng lớn. Điện toán lượng tử có khả năng vượt trội hơn các thuật toán cổ điển trong việc giải quyết các vấn đề này, đưa ra các giải pháp nhanh hơn và hiệu quả hơn. Các thuật toán lượng tử, chẳng hạn như ủ lượng tử hoặc thuật toán tối ưu hóa lấy cảm hứng từ lượng tử, có thể được áp dụng để giải quyết các thách thức về tối ưu hóa và tìm kiếm này.

   
   

4. Khám phá các mô hình lấy cảm hứng từ lượng tử : Điện toán lượng tử có thể truyền cảm hứng cho sự phát triển của các mô hình tính toán mới cho sự sống nhân tạo và các hệ thống phức tạp. Các mô hình lấy cảm hứng từ lượng tử lấy cảm hứng từ các hiện tượng và nguyên tắc lượng tử để phát triển các phương pháp mới để mô hình hóa các hệ thống phức tạp. Các mô hình này có thể nắm bắt được các hiệu ứng phi tuyến tính, vướng víu và chồng chất được tìm thấy trong các hệ thống lượng tử, cho phép hiểu rõ hơn về động lực học và hành vi của các hệ thống phức tạp.

   
   

5. Phân tích mạng : Các thuật toán lượng tử có thể tăng cường phân tích mạng, điều này rất quan trọng để hiểu các hệ thống phức tạp được đặc trưng bởi các thực thể được kết nối với nhau. Máy tính lượng tử có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề dựa trên đồ thị, chẳng hạn như phân tích tính trung tâm, phân cụm và phát hiện cộng đồng, vốn là nền tảng để làm sáng tỏ cấu trúc và động lực học của các hệ thống phức tạp.

   
   

7. Vật lý năng lượng cao và nghiên cứu cơ bản

Điện toán lượng tử có khả năng tác động đáng kể đến nghiên cứu cơ bản và năng lượng cao, đặc biệt là trong lĩnh vực lý thuyết trường lượng tử, vật lý hạt và vũ trụ học, chẳng hạn như:

1. Mô phỏng lượng tử của các tương tác hạt : Máy tính lượng tử có thể mô phỏng hành vi của lý thuyết trường lượng tử chính xác và hiệu quả hơn so với máy tính cổ điển. Lý thuyết trường lượng tử mô tả các tương tác cơ bản của các hạt và mô phỏng các tương tác này có thể cung cấp hiểu biết sâu sắc về hành vi của các hạt hạ nguyên tử và tương tác của chúng ở năng lượng cao. Mô phỏng lượng tử có thể giúp nghiên cứu các hiện tượng như tán xạ hạt, phân rã hạt và động lực va chạm hạt.

   
   

2. Sắc động lực học mạng lưới lượng tử (QCD) : Sắc động lực học lượng tử là lý thuyết mô tả lực mạnh liên kết các quark và gluon để tạo thành proton, neutron và các hadron khác. Mạng QCD là một kỹ thuật số được sử dụng để nghiên cứu QCD trên mạng không thời gian rời rạc. Máy tính lượng tử có khả năng cải thiện các tính toán QCD mạng bằng cách tận dụng các thuật toán lượng tử và mô phỏng lượng tử, dẫn đến dự đoán chính xác hơn về các tính chất và tương tác hadronic.

   
   

3. Các vấn đề tối ưu hóa trong thiết kế thử nghiệm : Nghiên cứu cơ bản và năng lượng cao thường liên quan đến các vấn đề tối ưu hóa phức tạp, chẳng hạn như tối ưu hóa thiết kế máy dò, thuật toán phân tích dữ liệu hoặc chiến lược tìm kiếm các hạt hoặc hiện tượng mới. Điện toán lượng tử có thể cung cấp các giải pháp hiệu quả cho các vấn đề tối ưu hóa này thông qua các thuật toán tối ưu hóa lấy cảm hứng từ lượng tử, chẳng hạn như ủ lượng tử hoặc thuật toán lượng tử biến phân.

   
   

4. Thông tin lượng tử và sự vướng víu : Điện toán lượng tử có thể góp phần nghiên cứu sự vướng víu và thông tin lượng tử trong nghiên cứu cơ bản và năng lượng cao. Sự vướng víu là một khái niệm cơ bản trong cơ học lượng tử và sự hiểu biết về nó là rất quan trọng để nghiên cứu các hệ lượng tử. Máy tính lượng tử có thể giúp phân tích các trạng thái vướng víu, tương quan lượng tử và các tác vụ xử lý thông tin lượng tử liên quan đến vật lý hạt, chẳng hạn như dịch chuyển tức thời lượng tử hoặc sửa lỗi lượng tử.

   
   

5. Lực hấp dẫn lượng tử và vũ trụ học : Điện toán lượng tử có thể cung cấp những hiểu biết sâu sắc về nghiên cứu lực hấp dẫn lượng tử và vũ trụ sơ khai. Sự thống nhất của cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng là một trong những thách thức lớn trong vật lý lý thuyết. Máy tính lượng tử có khả năng giúp khám phá các mô hình hấp dẫn lượng tử, mô phỏng vật lý lỗ đen và điều tra bản chất lượng tử của vũ trụ sơ khai.

   
   

8. Mô hình tài chính và dự đoán kinh tế

Điện toán lượng tử có khả năng tác động đến mô hình kinh tế và dự đoán tài chính theo nhiều cách. Mặc dù máy tính lượng tử chưa có khả năng giải quyết các vấn đề kinh tế và tài chính phức tạp trong thế giới thực, nghiên cứu và phát triển đang diễn ra trong lĩnh vực này đang khám phá những lợi ích tiềm năng, chẳng hạn như:

1. Tối ưu hóa danh mục đầu tư và phân bổ tài sản : Thuật toán lượng tử có khả năng cung cấp các giải pháp hiệu quả hơn cho các vấn đề tối ưu hóa danh mục đầu tư. Các thuật toán này có thể khám phá không gian giải pháp lớn hơn và xem xét các tương tác phức tạp hơn giữa các tài sản, dẫn đến các chiến lược phân bổ tài sản được cải thiện. Máy tính lượng tử có thể cho phép tối ưu hóa các danh mục đầu tư lớn với nhiều tài sản, dẫn đến các chiến lược đầu tư nhận thức được rủi ro và đa dạng hơn.

   
   

2. Định giá quyền chọn và phân tích rủi ro : Các công cụ phái sinh tài chính, chẳng hạn như quyền chọn, có thể liên quan đến các tính toán chuyên sâu về máy tính, đặc biệt khi xem xét nhiều yếu tố và tham số rủi ro. Máy tính lượng tử có thể cung cấp các mô phỏng nhanh hơn và chính xác hơn về biến động giá của tài sản cơ bản, cho phép các mô hình định giá quyền chọn và phân tích rủi ro chính xác hơn. Điều này có thể giúp các tổ chức tài chính và nhà đầu tư đưa ra quyết định sáng suốt hơn.

   
   

3. Mô phỏng Monte Carlo : Điện toán lượng tử có khả năng tăng tốc mô phỏng Monte Carlo, được sử dụng rộng rãi trong mô hình tài chính. Mô phỏng Monte Carlo liên quan đến việc tạo ra nhiều kịch bản ngẫu nhiên để phân tích các kết quả tiềm năng. Máy tính lượng tử có khả năng tăng tốc các mô phỏng này, cho phép đánh giá rủi ro, định giá các công cụ phái sinh và các tính toán tài chính khác chính xác hơn.

   
   

4. Đánh giá rủi ro tín dụng và phát hiện gian lận : Các thuật toán học máy lượng tử có thể được sử dụng để phân tích khối lượng lớn dữ liệu tài chính nhằm đánh giá rủi ro tín dụng và phát hiện gian lận. Máy tính lượng tử có thể xử lý và phân tích dữ liệu hiệu quả hơn, cho phép xác định rủi ro tín dụng, mô hình gian lận và sự bất thường trong giao dịch tài chính nhanh hơn và chính xác hơn.

   
   

5. Mật mã lượng tử và giao dịch an toàn : Điện toán lượng tử cũng mang lại những lợi ích tiềm năng trong lĩnh vực an ninh mạng tài chính. Mật mã lượng tử cung cấp các phương pháp mã hóa mạnh hơn dựa trên các nguyên tắc của cơ học lượng tử, cung cấp khả năng bảo mật nâng cao cho các giao dịch tài chính và liên lạc. Các thuật toán mật mã kháng lượng tử có thể bảo vệ dữ liệu tài chính nhạy cảm khỏi các cuộc tấn công tiềm ẩn của các máy tính lượng tử trong tương lai.

Phần kết luận

Vậy điện toán lượng tử là gì?

Một kỷ nguyên mới.

Một biên giới mới trong khoa học.

Một lĩnh vực có khả năng có tiềm năng vô hạn.

Một lĩnh vực chứa đựng những kho báu đáng kinh ngạc và sự giàu có về trí tuệ dành cho những bộ óc đủ sáng tạo và giàu trí tưởng tượng để biến chúng thành hiện thực.

Và không, bạn không cần phải biết cơ học lượng tử hay vật lý lượng tử để lập trình máy tính lượng tử. Đại số tuyến tính, Số phức, Giải tích véc tơ và Tối ưu hóa - đủ kiến thức.

Tuy nhiên, nếu bạn muốn đi sâu vào nghiên cứu, chúng tôi khuyên bạn nên học cả cơ học lượng tử. Chỉ để bạn không cảm thấy lạc lõng khi ai đó nói, hàm sóng.

Những thách thức nào đang chờ đợi?

Ai sẽ là Einstein của máy tính lượng tử?

Liệu chúng ta có bao giờ khai thác thành công tiềm năng đáng kinh ngạc của điện toán lượng tử không?

Nếu chúng ta làm, chúng ta sẽ đạt được điều kỳ diệu.

Các bạn thân mến, thân mến:

Tương lai là Lượng tử.

Và nó nằm trong tay bạn.

Nghiên cứu lượng tử dành cho bất kỳ ai quan tâm!

Nhắc nhở bản thân - thêm một số hài hước trong các bài viết trong tương lai. Trong trường hợp đó, mọi người thực sự có thể thực sự đọc chúng, chứ không chỉ cuộn xuống cực nhanh chỉ với phần đầu và phần cuối!