Top 10 ứng dụng bất ngờ trong tương lai của máy tính lượng tử

Điện toán lượng tử là một xu hướng chính trong khoa học máy tính. Thật bất ngờ rằng tất cả bắt đầu chỉ từ việc quan sát các tính chất kỳ lạ của ánh sáng! Đã có một số người tiên phong trong điện toán lượng tử, một trong số đó là Richard Feynman. Ông cho rằng máy tính lượng tử là khả thi và chúng là tương lai của điện toán. Máy tính lượng tử đã tồn tại lâu hơn bạn tưởng. Việc tính toán lượng tử đầu tiên được thực hiện vào năm 1997, sử dụng NMR trên các phân tử chloroform. [nguồn] Ngày nay, chúng ta dùng từ lượng tử như từ thông dụng về rất nhiều thứ. Thậm chí vẫn còn một vài ứng dụng “đau đầu” khác trong danh sách vô tận các ứng dụng công nghệ lượng tử.

10. Cải thiện điều trị ung thư

Ung thư là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn thế giới. Trên thực tế, theo một khảo sát gần đây của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), chỉ riêng ung thư đường hô hấp đã cướp đi 1,7 triệu sinh mạng vào năm 2016. Tuy nhiên nếu ung thư được phát hiện ở giai đoạn đầu, cơ hội phục hồi thông qua điều trị sẽ cao hơn nhiều. Có nhiều cách điều trị ung thư: hoặc là loại bỏ nó bằng phẫu thuật, hoặc là thông qua xạ trị.

Tối ưu hóa tia xạ cực kỳ quan trọng trong xạ trị, vì quan trọng là phải đảm bảo rằng bức xạ làm tổn hại càng ít tế bào và mô khỏe mạnh gần khu vực ung thư càng tốt. Đã từng có nhiều phương pháp tối ưu hóa cho xạ trị sử dụng máy tính cổ điển. Vào năm 2015, các nhà nghiên cứu tại Viện Ung thư Roswell Park đã đưa ra một kỹ thuật mới sử dụng máy tính lượng tử, giống như máy tính do D-Wave sản xuất, để tối ưu hóa xạ trị theo cách nhanh hơn ba đến bốn lần so với máy tính thông thường [nguồn]

9. Giao thông lưu thông tốt hơn

Nhiều người trong chúng ta quen với việc thức dậy sớm và lên đường đi làm, chỉ rồi để thấy tắc đường đang chờ sẵn. Và sau đó là cảm giác tồi tệ khi bị trễ giờ làm. Google đã cố gắng khắc phục sự cố này bằng cách giám sát lưu lượng phương tiện và đề xuất các tuyến đường thay thế cho người dùng. Tuy nhiên, Volkswagen đang nâng lên một tầm cao mới với nghiên cứu của mình.

Trong một thử nghiệm năm 2017, Volkswagen đã cố gắng giải quyết vấn đề giao thông, không phải thông qua giám sát mà là bằng cách tối ưu hóa chính lưu lượng giao thông. Họ đã sử dụng kỹ thuật Tối ưu hóa nhị phân bậc hai (QUBO) với các máy tính lượng tử để tìm ra tuyến đường tối ưu cho một số xe ô tô và các lộ trình để cân nhắc. [nguồn]

Cho đến nay, họ đã thử nghiệm điều này với 10.000 taxi ở Bắc Kinh để cho thấy phương pháp của họ có thể tối ưu hóa lưu lượng truy cập nhanh hơn đáng kể so với máy tính cổ điển. Tuy nhiên, nhiều người hoài nghi về tuyên bố của Volkswagen, vì họ đã sử dụng máy tính lượng tử D-Wave để xử lý. Nhiều nhà khoa học tuyên bố rằng các nhà chế tạo máy tính lượng tử từ D-Wave không mang lại thay đổi đáng kể như tuyên bố của Volkswagen.

8. Phủ sóng dữ liệu di động tốt hơn

Chúng ta đều từng ở nhiều nơi mà việc tiếp nhận dữ liệu di động quá tệ hại và chỉ có thể truy cập WiFi chậm chạp trong những quán cà phê gần đó. Và có vẻ như một công ty tên là Booz Allen Hamilton đã tìm ra giải pháp cho vấn đề phủ sóng kém chất lượng đó, tất nhiên với sự trợ giúp của máy tính lượng tử!

Trong một ấn phẩm năm 2017, họ cho rằng việc phủ sóng vệ tinh tối ưu là quá khó khăn. Điều này là do nó liên quan đến việc điều chỉnh đồng bộ, và thực sự rất khó để kiểm tra tất cả chúng với máy tính cổ điển.

Giải pháp là gì? Họ đề nghị rằng sử dụng kỹ thuật QUBO, như đã đề cập trước đây, với sự trợ giúp của các máy tính lượng tử D-Wave, có thể phủ sóng vệ tinh tối ưu như yêu cầu. [nguồn] Điều này không có nghĩa là các vệ tinh sẽ có thể bao quát tất cả các điểm tiếp nhận kém, nhưng cơ hội tìm thấy một vị trí có khả năng tiếp nhận tốt hơn có thể được tăng lên đáng kể.

7. Mô phỏng phân tử

Mô phỏng phân tử đã là một lĩnh vực quan trọng trong sinh học và hóa học, vì nó giúp chúng ta hiểu cấu trúc của các phân tử và cách chúng tương tác với nhau và cũng giúp chúng ta khám phá các phân tử mới.

Mặc dù các máy tính cổ điển ngày nay có thể mô phỏng các động lực học phân tử, nhưng lại luôn hạn chế trong việc mô phỏng các phân tử phức tạp nhất định. Máy tính lượng tử có thể phá vỡ rào cản này một cách hiệu quả. Cho đến nay, chúng mới được sử dụng để mô phỏng các phân tử nhỏ, như beryllium hydride (BeH2) chẳng hạn. Có vẻ không đáng kể, nhưng thực tế rằng nó được mô phỏng bởi một con chip bảy qubit cho thấy rằng nếu chúng ta có nhiều qubit hơn, chúng ta có thể chạy các mô phỏng phân tử cực kỳ phức tạp. [nguồn] Điều này là do sức mạnh xử lý của máy tính lượng tử tăng theo cấp số nhân khi số lượng qubit tăng lên.

Phần cứng khác như phần cứng máy tính lượng tử của D-Wave cũng được các nhà nghiên cứu sử dụng để đưa ra các phương pháp mô phỏng có thể tốt tương tự, và nhanh hơn các phương pháp hiện tại.

6. Phá vỡ các hệ thống mật mã hiện đang sử dụng như RSA

Một số người trong chúng ta có thể đã nghe nói về mối lo ngại việc máy tính lượng tử có thể phá vỡ các hệ thống mật mã như RSA hoặc DSA. Điều này có vẻ đúng với một số hệ thống mật mã, vì chúng dựa vào số nguyên tố để tạo mã khóa dựa trên các yếu tố chính. Một thuật toán, được gọi là thuật toán Shor, có thể được sử dụng bởi các máy tính lượng tử để tìm các yếu tố chính tạo ra khóa một cách hiệu quả. Nhưng còn các hệ thống mật mã khác không dựa vào số nguyên tố để tạo khóa thì sao? Có một thuật toán khác gọi là thuật toán Grover, có thể được sử dụng để bẻ khóa nhanh hơn máy tính cổ điển. Tuy nhiên nó cũng không mang lại sự vượt trội so với máy tính cổ điển như thuật toán Shor. Điều này có nghĩa là chúng ta sẽ cần các máy tính lượng tử nhanh hơn đáng kể so với các máy tính hiện đang tồn tại để thậm chí cố gắng phá vỡ các hệ thống mật mã này.

Ngay cả với điều đó, có một số hệ thống mật mã sẽ không thể phá vỡ bằng máy tính lượng tử. Các hệ thống mật mã này được phân loại trong lĩnh vực mật mã “sau lượng tử”, Nhìn chung, có vẻ như ít nhất cũng là RSA, thứ thường được sử dụng trong kĩ thuật số, rồi sẽ bị lỗi thời. [nguồn]

5. AI nhân văn hơn

Trí tuệ nhân tạo là một lĩnh vực cực kỳ thịnh hành trong khoa học máy tính. Các nhà khoa học đã cố gắng làm cho AI trở nên giống con người hơn. Có vẻ hơi đáng sợ, nhưng khi thêm máy tính lượng tử vào, nó đưa tất cả đến một tầm cao mới.

Mạng lưới chạy trên các tập dữ liệu dựa trên ma trận và việc xử lý được thực hiện trong các mạng thần kinh được tính toán thông qua phương tiện ma trận đại số. Tuy nhiên, bản thân máy tính lượng tử hoạt động chủ yếu qua việc ma trận thường được sử dụng để xác định trạng thái lượng tử của các qubit. [nguồn] Vì vậy, với điều đó, bất kỳ quá trình tính toán nào được thực hiện trên mạng thần kinh sẽ tương tự như sử dụng các cổng lượng tử biến đổi trên các qubit. Do đó, máy tính lượng tử có vẻ như phù hợp hoàn hảo cho các mạng thần kinh được tích hợp trong AI. Không chỉ vậy, máy tính lượng tử cũng có thể giúp tăng tốc đáng kể việc máy móc bắt chước so với máy tính cổ điển. Đây là lý do tại sao Google đã đầu tư vào nghiên cứu máy tính lượng tử để cải thiện Google AI bằng phần cứng lượng tử.

4. Mật mã học lượng tử

Điều này rất khác với mật mã sau lượng tử, vì nó không có nghĩa là ngăn máy tính lượng tử phá vỡ hệ thống mật mã. Loại mật mã này sử dụng các phương tiện của cơ học lượng tử. Nhưng làm thế nào nó lại linh hoạt hơn các hình thức mật mã khác? Mật mã học lượng tử chủ yếu tập trung vào phần phân phối chính của một hệ thống mật mã, ở đây sử dụng hai cặp qubit kèm theo. Một người được gửi đến người nhận, trong khi người gửi giữ cái còn lại. Khối chồng chất các hạt kèm theo đó, khi được đo, sẽ ảnh hưởng đến các qubit khác. Khi gửi một dòng các qubit này bạn sẽ có một khóa có thể sử dụng để mã hóa. [nguồn]

Ưu điểm lớn nhất của nó là không thể bị nghe lén vì các qubit không thể được sao chép. Họ cũng có thể kiểm soát được, vì có nhiều phương pháp để xác định xem qubit có bị giả mạo hay không trước khi được nhận bởi người dùng. Điều này khiến nó trở thành giải pháp hữu ích cho mật mã và là lý do tại sao các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu lĩnh vực này.

3. Dự báo thời tiết

Chúng ta luôn từng dành thời gian kiểm tra dự báo thời tiết và được báo rằng đó sẽ là một ngày nắng đẹp trời. Sau đó không lâu, mưa bắt đầu đổ trong khi bạn không mang theo chiếc ô nào. Có vẻ như máy tính lượng tử có thể có giải pháp cho điều đó. Vào năm 2017, một nhà nghiên cứu người Nga đã xuất bản một bài báo về khả năng sử dụng máy tính lượng tử để dự đoán thời tiết chính xác hơn máy tính cổ điển. Có một vài hạn chế với các máy tính hiện tại trong việc dự đoán tất cả những thay đổi phức tạp của thời tiết. [nguồn]

Điều này là do lượng dữ liệu liên quan quá lớn, nhưng máy tính lượng tử dường như mang đến một phương pháp vượt trội so với những phương tiện cổ điển vì phương pháp Phân cụm lượng tử động (DQC), được cho là tạo ra các bộ dữ liệu hữu ích mà các kỹ thuật cổ điển không thể làm được. Lưu ý rằng ngay cả máy tính lượng tử cũng không thể dự đoán thời tiết với độ chính xác tuyệt đối, nhưng ít nhất sẽ chúng ta sẽ không phải thất vọng vì không mang theo một chiếc ô vào những ngày nắng đáng ngờ!

2. Quảng cáo tùy chỉnh hiệu quả hơn

Tất cả chúng ta đều khó chịu khi chúng ta tìm kiếm một bài báo, chỉ để thấy nó kín mít các quảng cáo và hầu hết còn chẳng hề liên quan! May mắn thay, Recruit Communications đã tìm ra giải pháp cho một trong hai vấn đề đó: Những quảng cáo liên quan. Trong nghiên cứu của họ, họ đã giải thích cách sử dụng phương pháp lượng tử để giúp các công ty muốn quảng cáo tiếp cận nhiều người hơn mà không phải chi quá nhiều. Lượng tử có thể được sử dụng để khớp các quảng cáo có liên quan với khách hàng để họ có thể nhấp vào chúng nhiều hơn. [nguồn]

1. Chơi game với máy tính lượng tử

Với tất cả những thay đổi lớn các máy tính lượng tử cung cấp trong lĩnh vực điện toán, một điều mà các game thủ có thể tò mò là liệu chúng có thể được sử dụng để tạo ra một dàn máy chơi game thật khủng có thể chạy các trò chơi ở tốc độ cao. Tại thời điểm này, lĩnh vực máy tính lượng tử vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, và phần cứng hiện tại vẫn chưa đạt đến ưu thế vượt trội của lượng tử – là khi phần cứng lượng tử có thể tính toán nhanh hơn máy tính tốt nhất hiện tại, mặc dù định nghĩa đó vẫn còn mơ hồ. Điều này là do các thuật toán máy tính lượng tử hoạt động rất khác với các thuật toán cổ điển.

Đã có một vài trò chơi được phát triển thông qua ứng dụng máy tính lượng tử. Một trong số chúng được gọi là Chiến hạm lượng tử, dựa trên trò chơi Battleships. Hơn nữa, Microsoft đã nghiên cứu một ngôn ngữ lập trình có tên Q#, sử dụng cả phần cứng cổ điển và lượng tử để tính toán. Nó cũng rất giống với C#, điều đó có nghĩa là rất có thể phát triển các trò chơi bằng cách sử dụng Q# sẽ tận dụng phần cứng lượng tử. Có lẽ chúng ta sẽ có Call of Duty Q một ngày không xa!