Quantum Computers Explained – Limits of Human Technology

Trong suốt chiều dài lịch sử,
công nghệ được sinh ra từ

trí tuệ loài người, lửa và gậy gộc.

Khi lửa và gậy gộc biến thành
nhà máy điện và vũ khí hạt nhân,

não bộ chúng ta đã đạt được
bước tiến bộ vĩ đại nhất.

Từ thập kỷ 60, sức mạnh trí tuệ nhân loại
tăng lên theo cấp số nhân,

làm ra những cỗ máy nhỏ dần,
đồng thời ngày càng mạnh mẽ.

Nhưng quá trình này sắp đến giới hạn
về mặt vật lý.

Bộ phận máy tính đang đạt đến kích cỡ
của một nguyên tử.

Để hiểu được vì sao đây là một vấn đề,
ta cần biết khái niệm cơ bản.

Một máy tính được làm bởi nhiều bộ phận
đơn giản, làm những việc đơn giản,

lưu trữ, xử lý dữ liệu và
điều khiển các bộ phận.

Các chip máy tính gồm các module,

mang theo các cổng logic,
gồm các transistor.

Transistor là bộ phận cơ bản nhất trong
việc xử lý dữ liệu,

về cơ bản, nó là một công tắc để
mở hoặc đóng

lối đi của thông tin.

Thông tin được sử dụng dưới dạng bit,
có thể nhận giá trị 0 hoặc 1.

Chuỗi nhiều bit được dùng để đại diện
cho các thông tin phức tạp hơn.

Transistor là tập hợp các cổng logic,
mỗi cổng có chức năng rất đơn giản.

Ví dụ, một cổng AND sẽ trả về kết quả
là 1 nếu mọi đầu vào là 1

và trả về 0 trong tất cả các
trường hợp còn lại

Kết hợp các cổng logic sẽ đem lại
các module tính toán thực tế hơn,

ví dụ như là phép cộng hai số.

Khi có thể cộng, bạn có thể nhân,
và khi có thể nhân,

bạn cơ bản là làm được mọi thứ.

Mọi hoạt động thực tế dễ dàng hơn
toán lớp 1 theo đúng nghĩa đen,

nên bạn có thể tưởng tượng máy tính
giống như một lớp học

đang giải các bài toán đơn giản.

Với số lượng đủ lớn, chúng có thể
tính toán ra mọi thứ.

Tuy nhiên, khi các bộ phận
ngày càng nhỏ và mỏng,

vật lý lượng tử khiến mọi thứ
trở nên khó hơn.

Cụ thể hơn, một transistor chỉ đơn giản
là một công tắc điện.

Điện là đường dịch chuyển của
electron từ nơi này sang nơi khác,

vì thế công tắc là cánh cổng để
ngăn electron di chuyển theo một hướng.

Ngày nay, kích cỡ một transistor
vào khoảng 14 nm,

tức là nhỏ hơn đường kính virus HIV
8 lần,

nhỏ hơn hồng cầu 500 lần.

Một transistor đang gần đạt kích cỡ
của một nguyên tử,

electron có thể chỉ cần dịch chuyển
xuyên qua "cánh cổng" này

thông qua một "đường hầm lượng tử".

Về mặt lượng tử, vật lý hoạt động
khá khác so với

những gì ta từng được làm quen,

và máy tính truyền thống khồng còn
phù hợp nữa.

Chúng ta đang tiến tới rào cản
vật lý trong việc phát triển công nghệ.

Để giải quyết vấn đề này,
các nhà khoa học

đang thử nghiệm các tính chất
lượng tử bất thường

bằng cách xây dựng máy tính lượng tử.

Trong máy tính thông thường, bit là đơn vị
nhỏ nhất của thông tin.

Máy tính lượng tử sử dụng qubit, đơn vị
cũng có thể đặt là một trong hai giá trị.

Một qubit có thể là hệ
hai trạng thái lượng tử,

giống như là một spin trong từ trường
hoặc là một photon đơn lẻ.

0 và 1 là các trạng thái của hệ thống,

giống như photon phân cực theo
chiều ngang hoặc dọc.

Trong thế giới lượng thử, qubit không cần
phải là 0 hoặc 1;

nó có thể là cả hai
với một tỉ lệ nhất định.

Đây là nguyên lý chồng chập.

Nhưng cho đến khi kiểm tra giá trị,
ví dụ như đưa photon vào một màng lọc,

nó sẽ phải chọn là phân cực dọc
hoặc ngang.

Vì thế, khi không ai để ý, qubit có thể
là sự chồng chập các khả năng

có giá trị 1 và 0, và bạn không thể đoán
nó sẽ về giá trị nào.

Nhưng ngay khi bạn tính đến nó,
nó sẽ ngay lập tức về chỉ một giá trị.

Nguyên lý chồng chập chính là
bước ngoặt.

4 bit cổ điển có thể là một trong

2^4 giá trị tại một thời điểm.

Nghĩa là với 16 giá trị cho phép,
bạn chỉ dùng được một.

4 qubit với chồng chập

có thể trở thành 16 giá trị cùng một lúc!

Con số này tăng theo cấp số nhân
với từng qubit được thêm vào.

20 qubit có thể lưu trữ
hơn một triệu giá trị song song nhau.

Kỳ lạ hơn, qubit có một tính chất rất dị

là rối lượng tử, một kết nối giữa
các qubit

khiến cho trạng thái qubit này đổi
dựa vào qubit còn lại,

không quan trọng khoảng cách giữa chúng.

Đồng nghĩa với việc chỉ cần tính
một qubit

chúng ta có thể suy ra qubit còn lại
mà không cần tính đến nó.

Vận dụng qubit cũng rất hại não.

Một cổng logic thông thường
cần một nhóm đầu vào

vừa đưa ra một giá trị trả về duy nhất.

Một cổng lượng tử sử dụng
một đầu vào là kiểu chồng chập,

biến đổi các khả năng, và trả về
một kiểu chồng chập khác.

Vì thế một máy tính lượng tử cài đặt qubit
và sử dụng các cổng lượng tử để làm rối

và vận dụng các khả năng để có thể
tính toán đầu ra,

xem xét sự chồng chập để cuối cùng
có được một chuỗi số 0 và 1.

Đồng nghĩa với việc bạn có thể
tính toán rất nhiều phép tính

phù hợp với thiết lập bạn đề ra
trong cùng một lúc.

Đương nhiên bạn chỉ nhận được một kết quả

và đó chưa chắc là kết quả bạn cần,

vì thế bạn cần kiểm tra lại và thử lại
nếu cần.

Nhưng nếu khai thác khả năng chồng chập
và rối lượng tử,

việc này có thể hiệu quả hơn rất rất nhiều

so với làm việc tương tự trên máy tính
thông thường.

Vậy nên, trong khi máy tính lượng tử
chưa thể thay thế máy tính trong nhà,

nó có thể vô cùng hữu dụng ở một số mảng.

Một trong số đó là tìm dữ liệu.

Để tìm dữ liệu nào đó,

một máy tính phải kiểm tra
tất cả các mục trong một thời gian.

Thuật toán lượng tử chỉ cần căn bậc hai
thời gian trên,

mà nếu là cơ sở dữ liệu lớn,
đó là một sự khác biệt rõ ràng.

Thuật toán lượng tử rất nổi tiếng trong
lĩnh vực phá bảo mật thông tin.

Hiện tại, trình duyệt, email và tài khoản
ngân hàng

của bạn được bảo mật bằng hệ thống mã hóa,
cấp cho mọi người

một khóa công khai để mã hóa một tin nhắn
mà chỉ bạn có thể giải mã.

Vấn đề ở chỗ khóa công khai có thể
sử dụng

để tính ra khóa cá nhân bí mật của bạn.

May là việc đó nếu làm trên
máy tính thông thường

cần hàng năm trời thử các giá trị.

Nhưng máy tính lượng tử với tốc độ bá đạo

có thể làm rất nhanh chóng.

Một ứng dụng thú vị khác là
mô phỏng.

Mô phỏng thế giới lượng tử cần
nguồn tài nguyên rất lớn,

thậm chí với các cấu trúc lớn,
như là phân tử,

chúng thường thiếu chính xác.

Vậy nên tại sao không mô phỏng lượng tử
bằng chính vật lý lượng tử?

Mô phỏng lượng tử có thể đem lại
hiểu biết mới về protein,

tạo ra cuộc cách mạng về dược phẩm.

Hiện tại ta không thể biết liệu
máy tính lượng thử sẽ

là một công cụ chuyên biệt
hay là cuộc cách mạng nhân loại.

Chúng ta không thể biết giới hạn
của công nghệ,

và chỉ có duy nhất một cách để biết được!

Video được hỗ trợ bởi Học viện Khoa học
Australia,

nơi chắp cánh và hỗ trợ cho ngành khoa học
một cách tuyệt vời.

Tìm hiểu thêm về ượng tử và
các vấn đề khác

tại .

Một hân hạnh lớn khi làm việc cùng họ,
vì thế hãy thăm họ!

Video của chúng tôi được hoàn thành nhờ
hỗ trợ của các bạn trên Patreon.com.

Nếu muốn hỗ trợ thêm và trở thành
thành viên của binh đoàn chim Kurzgesagt,

hãy thăm Patreon của Kurzgesagt!

Sub by Phú Trần - gpaddy.com