HONG KONG SAR, Trung Quốc – Media OutReach Newswire – Ngày 19 tháng 8 năm 2024 – Mô phỏng lượng tử cho phép các nhà khoa học mô phỏng và nghiên cứu các hệ thống phức tạp, đầy thách thức hoặc thậm chí là không thể thực hiện được bằng máy tính cổ điển trên nhiều lĩnh vực, bao gồm mô hình tài chính, an ninh mạng, khám phá thuốc, trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy. Ví dụ, việc khám phá quang phổ rung động phân tử đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu các đặc tính phân tử trong thiết kế và phân tích phân tử.
Tuy nhiên, đây vẫn là một bài toán khó về mặt tính toán và không thể giải quyết hiệu quả bằng các siêu máy tính truyền thống. Các nhà nghiên cứu đang tích cực làm việc trên các máy tính lượng tử và thuật toán để mô phỏng phổ dao động phân tử. Tuy nhiên, chúng bị giới hạn ở các cấu trúc phân tử đơn giản do độ chính xác thấp và nhiễu vốn có.
Các nhà nghiên cứu kỹ thuật tại Đại học Bách khoa Hồng Kông (PolyU) đã phát triển thành công một chip vi xử lý lượng tử để mô phỏng quang phổ phân tử của các phân tử phức tạp, quy mô lớn thực tế. Đây là lần đầu tiên trên thế giới. Việc nắm bắt chính xác các hiệu ứng lượng tử này đòi hỏi các mô phỏng được phát triển tỉ mỉ, tính đến sự chồng chập và vướng víu lượng tử, vốn đòi hỏi nhiều tính toán để mô hình hóa theo cách cổ điển.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications, trong một bài báo có tựa đề “Mạng photonic quy mô lớn với trạng thái chân không bị nén cho quang phổ rung phân tử” (Mạng quang tử quy mô lớn với trạng thái chân không nén cho quang phổ rung động phân tử). Công nghệ tiên tiến này mở đường cho việc giải quyết các vấn đề hóa học lượng tử phức tạp, bao gồm các ứng dụng điện toán lượng tử vượt quá khả năng của máy tính cổ điển.
Nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi Giáo sư LIU Ai-Qun, Chủ tịch Khoa học và Kỹ thuật Lượng tử, Giám đốc Viện Công nghệ Lượng tử (IQT) và Học giả STEM Toàn cầu, cùng với người đứng đầu dự án Tiến sĩ ZHU Hui Hui, Nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Khoa Kỹ thuật Điện và Điện tử tại PolyU và là tác giả đầu tiên của bài báo. Những cộng tác viên khác đến từ Đại học Công nghệ Nanyang, Đại học Thành phố Hồng Kông, Viện Công nghệ Bắc Kinh, Đại học Khoa học và Công nghệ miền Nam (Nam), Viện Vi điện tử và Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển.
Nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ ZHU Hui Hui đã chứng minh bằng thực nghiệm một chip vi xử lý lượng tử quy mô lớn và giới thiệu một mô hình lý thuyết phi tầm thường sử dụng mạng quang tử tuyến tính và nguồn sáng lượng tử chân không để mô phỏng quang phổ rung động phân tử. Một chip vi xử lý lượng tử 16 qubit đã được chế tạo và tích hợp vào một chip duy nhất. Một hệ thống hoàn chỉnh đã được phát triển, bao gồm tích hợp phần cứng đóng gói quang-điện-nhiệt cho chip vi xử lý quang tử lượng tử và mô-đun điều khiển điện, phát triển phần mềm cho trình điều khiển thiết bị, giao diện người dùng và các thuật toán lượng tử cơ bản có thể lập trình hoàn toàn. Hệ thống máy tính lượng tử được phát triển sẽ cung cấp một nền tảng cơ bản cho các ứng dụng tiếp theo.
Bộ xử lý lượng tử có thể được áp dụng để giải quyết các nhiệm vụ phức tạp, chẳng hạn như mô phỏng các cấu trúc protein lớn hoặc tối ưu hóa các phản ứng phân tử, với tốc độ và độ chính xác được cải thiện đáng kể. Tiến sĩ ZHU Hui Hui cho biết: “Phương pháp tiếp cận của chúng tôi có thể cung cấp một lớp mô phỏng phân tử thực tế ban đầu hoạt động vượt quá giới hạn cổ điển và hứa hẹn đạt được tốc độ lượng tử trong các ứng dụng hóa học lượng tử có liên quan”.
Công nghệ lượng tử rất quan trọng trong các lĩnh vực khoa học, bao gồm khoa học vật liệu, hóa học và vật lý vật chất ngưng tụ. Là một nền tảng phần cứng hấp dẫn, bộ vi xử lý lượng tử cung cấp một giải pháp thay thế công nghệ đầy hứa hẹn cho xử lý thông tin lượng tử.
Những phát hiện từ nghiên cứu và chip vi xử lý lượng tử tích hợp kết quả mở ra những hướng đi mới quan trọng cho nhiều ứng dụng thực tế. Các ứng dụng này bao gồm giải quyết các vấn đề ghép nối phân tử và tận dụng các kỹ thuật học máy lượng tử như phân loại đồ thị.
Giáo sư Lưu Ái Quần Tiến sĩ A. cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi lấy cảm hứng từ tác động tiềm tàng trong thế giới thực của các công nghệ mô phỏng lượng tử”. “Trong giai đoạn tiếp theo của công trình, chúng tôi đặt mục tiêu mở rộng quy mô bộ xử lý và giải quyết các ứng dụng phức tạp hơn có thể mang lại lợi ích cho xã hội và ngành công nghiệp”.
Nhóm nghiên cứu đã trình bày một bước đột phá trong công nghệ lượng tử có thể được coi là “bước ngoặt”. Họ đã giải quyết thành công nhiệm vụ đầy thách thức là mô phỏng quang phổ phân tử bằng bộ xử lý điện toán lượng tử. Nghiên cứu của họ đánh dấu một bước tiến đáng kể trong công nghệ lượng tử và các ứng dụng điện toán lượng tử tiềm năng của nó.
Các nhà nghiên cứu đã giải quyết thành công nhiệm vụ đầy thách thức là mô phỏng quang phổ phân tử bằng bộ xử lý điện toán lượng tử. Công trình của họ đánh dấu bước tiến đáng kể trong công nghệ lượng tử và các ứng dụng điện toán lượng tử tiềm năng của nó.
Thẻ bắt đầu bằng #PolyU
Nhà xuất bản chịu toàn bộ trách nhiệm về nội dung của thông báo này.
Thẻ bắt đầu bằng #PolyU
Người phát hành chịu toàn bộ trách nhiệm về nội dung của thông báo này.