Máy tính lượng tử quang tử (Photonic Quantum Computing) – Cuộc cách mạng tính toán dựa trên ánh sáng

1. Vì sao lại là photon?

* Photon – hạt ánh sáng – sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội:

+ Di chuyển nhanh gần như không tổn hao, dễ dàng truyền tải qua cáp quang và không cần làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp như các qubit siêu dẫn.

+ Khả năng chống nhiễu tốt, giúp duy trì trạng thái lượng tử (coherence) lâu hơn.

+ Tích hợp hạ tầng viễn thông quang học sẵn có, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong mạng lượng tử và điện toán phân tán.

Cách hoạt động của máy tính lượng tử quang tử

Máy tính lượng tử quang tử không dựa trên mạch bán dẫn truyền thống, mà sử dụng:

• Qubit quang tử: mã hóa thông tin vào trạng thái phân cực, pha hoặc số photon.

• Mạng lưới quang tử (photonic circuits): chip silicon tích hợp với bộ chia chùm (beam splitter), bộ dịch pha (phase shifter) để điều khiển photon.

• Phép đo lượng tử: sử dụng cảm biến siêu nhạy để đọc kết quả tính toán.

2. Ứng dụng tiềm năng

Mô phỏng vật liệu và phản ứng hóa học phức tạp, phục vụ nghiên cứu dược phẩm và năng lượng sạch.

Tối ưu hóa chuỗi cung ứng, tài chính và logistics với tốc độ vượt xa siêu máy tính.

Mạng lượng tử và bảo mật tuyệt đối nhờ nguyên lý rối lượng tử và phân phối khóa lượng tử (QKD).

Trí tuệ nhân tạo tăng tốc: huấn luyện mô hình AI khổng lồ trong thời gian ngắn hơn.

3. Thách thức còn tồn tại

Dù đầy hứa hẹn, công nghệ này vẫn đối mặt với nhiều rào cản:

+ Khó khăn trong việc tạo và kiểm soát số lượng lớn photon đồng bộ.

+ Yêu cầu cảm biến lượng tử chính xác để đo trạng thái photon.

+ Vấn đề mở rộng quy mô (scalability) lên hàng triệu qubit quang tử.

4. Tương lai gần

Các công ty như PsiQuantum, Xanadu và QuiX Quantum đang đua nhau phát triển các nguyên mẫu máy tính lượng tử quang tử có thể mở rộng. Một số thử nghiệm đã chứng minh khả năng đạt “tính ưu việt lượng tử” (quantum advantage) trong những bài toán mẫu. Nếu vượt qua các thách thức kỹ thuật, đây có thể là con đường khả thi nhất để hiện thực hóa máy tính lượng tử thương mại trong thập kỷ tới.

Máy tính lượng tử quang tử chính là cuộc cách mạng dựa trên ánh sáng, có thể định hình lại toàn bộ ngành khoa học, công nghệ và nền kinh tế tri thức toàn cầu.

Nguồn: Nature Photonics, MIT Technology Review, PsiQuantum, Xanadu Quantum Technologies.