0:00

5:16

The high-stakes race to make quantum computers work - Chiara Decaroli

TED-Ed·5:16·Technology·B2

Chương · 6

Chương 1·Isolating Sensitive Quantum Environments

Hiển thị

Tiếng ViệtAuto-scroll

0:00

Music

[Âm nhạc]

0:00

The contents of this metal cylinder could either revolutionize technology or be completely useless.

Các vật thể bên trong hình trụ kim loại này có thể cách mạng hóa công nghệ hoặc hoàn toàn vô dụng.

0:06

It all depends on whether we can harness the strange physics of matter at very small scales.

Tất cả phụ thuộc vào việc liệu chúng ta có thể làm chủ các quy luật vật lý kỳ lạ của vật chất ở quy mô cực nhỏ hay không.

0:14

To even have a chance of doing so, we have to control the environment precisely.

Để có được cơ hội làm điều đó, chúng ta phải kiểm soát môi trường một cách chuẩn xác.

0:21

The thick tabletop and legs guard against vibrations from footsteps, nearby elevators, and opening or closing...

Mặt bàn dày và các chân bàn giúp chống lại các rung chấn từ bước chân, thang máy gần đó và việc đóng hoặc mở...

0:29

...doors.

...cửa ra vào.

0:29

The cylinder is a vacuum chamber devoid of all the gases in the air.

Hình trụ này là một buồng chân không hoàn toàn không có bất kỳ chất khí nào trong không khí.

0:35

Inside the vacuum chamber is a smaller, extremely cold compartment reachable by tiny laser beams.

Bên trong buồng chân không là một khoang nhỏ hơn, cực kỳ lạnh và có thể tiếp cận được bằng các chùm tia laser siêu nhỏ.

0:41

Inside, our ultra-sensitive particles that make up a quantum computer.

Bên trong là các hạt siêu nhạy của chúng ta, những hạt cấu tạo nên máy tính lượng tử.

0:45

So what makes these particles worth the effort?

Vậy điều gì khiến những hạt này đáng để bỏ ra nhiều công sức như vậy?

0:49

In theory, quantum computers could outstrip the computational limits of classical...

Về mặt lý thuyết, máy tính lượng tử có thể vượt qua giới hạn tính toán của máy tính cổ điển...

0:54

...computers.

...máy tính cổ điển.

0:54

Classical computers process data in the form of bits.

Máy tính cổ điển xử lý dữ liệu dưới dạng các bit.

0:57

Each bit can switch between two states labeled 0 & 1.

Mỗi bit có thể chuyển đổi giữa hai trạng thái được gán nhãn là 0 và 1.

1:01

A quantum computer uses something called a qubit, which can switch between 0, 1, and what's called a super position.

Máy tính lượng tử sử dụng một thành phần gọi là qubit, có thể chuyển đổi giữa 0, 1 và cái được gọi là trạng thái chồng chập.

1:09

While the qubit is in its super position, it has a lot more information than 1 or 0.

Trong khi qubit ở trạng thái chồng chập, nó chứa nhiều thông tin hơn rất nhiều so với 1 hoặc 0.

1:15

You can think of these positions as points on a sphere, the North and South Poles of the...

Bạn có thể hình dung các vị trí này như những điểm trên một mặt cầu, nơi Cực Bắc và Cực Nam của...

1:22

...sphere represent 1 & 0.

...hình cầu đại diện cho 1 và 0.

1:23

A bit can only switch between these two poles, but when a qubit is in its superposition, it can be at any point on the sphere.

Một bit chỉ có thể luân chuyển giữa hai cực này, nhưng khi một qubit ở trạng thái chồng chập, nó có thể nằm ở bất kỳ điểm nào trên mặt cầu.

1:32

We can't locate it exactly.

Chúng ta không thể xác định vị trí chính xác của nó.

1:34

The moment we read it, the qubit resolves into a 0 or a 1.

Khoảnh khắc chúng ta đo đọc nó, qubit sẽ lập tức sụp đổ về trạng thái 0 hoặc 1.

1:38

But even though we can't observe the qubit in its superposition, we can manipulate it to perform particular operations while in this state.

Nhưng ngay cả khi chúng ta không thể quan sát qubit ở trạng thái chồng chập, chúng ta vẫn có thể thao túng nó để thực hiện các phép toán cụ thể khi ở trạng thái này.

1:46

So as a problem...

Vì vậy, khi một bài toán...

1:48

...grows more complicated, a classical computer needs correspondingly more bits to solve it, while a quantum computer will theoretically be able to handle more and more complicated problems without requiring as many more qubits as a classical computer would need bits.

...trở nên phức tạp hơn, máy tính cổ điển cần thêm lượng bit tương ứng để giải quyết, trong khi máy tính lượng tử về mặt lý thuyết có thể xử lý các bài toán ngày càng phức tạp mà không đòi hỏi thêm nhiều qubit như số bit mà máy tính cổ điển cần.

2:04

The unique properties of quantum computers result from the behavior of atomic and subatomic particles.

Các đặc tính độc nhất của máy tính lượng tử bắt nguồn từ hành vi của các hạt nguyên tử và hạ nguyên tử.

2:10

These particles have...

Những hạt này sở hữu...

2:12

...quantum states, which correspond to the state of the qubit.

...các trạng thái lượng tử, tương ứng với trạng thái của qubit.

2:16

Quantum states are incredibly fragile, easily destroyed by temperature and pressure fluctuations, stray electromagnetic fields, and collisions with nearby particles.

Các trạng thái lượng tử cực kỳ mong manh, dễ bị phá hủy bởi các dao động nhiệt độ và áp suất, các trường điện từ tản mạn và va chạm với các hạt lân cận.

2:25

That's why quantum computers needs such an elaborate setup.

Đó là lý do tại sao máy tính lượng tử cần một hệ thống thiết lập phức tạp đến vậy.

2:29

It's also why, for now, the power of quantum computers remains largely theoretical.

Đó cũng là lý do tại sao hiện tại, sức mạnh của máy tính lượng tử phần lớn vẫn chỉ mang tính lý thuyết.

2:34

So far we can only...

Cho đến nay chúng ta chỉ có thể...

2:37

...control a few qubits in the same place at the same time.

...kiểm soát một vài qubit ở cùng một nơi vào cùng một thời điểm.

2:42

There are two key components involved in managing these fickle quantum states effectively: the types of particles a quantum computer uses, and how it manipulates those particles.

Có hai yếu tố then chốt liên quan đến việc quản lý hiệu quả các trạng thái lượng tử thất thường này: loại hạt mà máy tính lượng tử sử dụng và cách nó thao túng những hạt đó.

2:53

For now, there are two leading approaches: trapped ions and superconducting qubits.

Hiện tại, có hai phương pháp tiếp cận hàng đầu: ion bẫy và qubit siêu dẫn.

2:58

A trapped ion quantum computer uses ions as its particles and manipulates them with...

Máy tính lượng tử ion bẫy sử dụng các ion làm hạt cấu thành và thao túng chúng bằng...

3:04

...lasers.

...tia laser.

3:04

The ions are housed in a trap made of electrical fields.

Các ion được lưu giữ trong một chiếc bẫy tạo bởi các điện trường.

3:08

Inputs from the lasers tell the ions what operation to make by causing the cubed state to rotate on the sphere.

Tín hiệu đầu vào từ laser hướng dẫn các ion thực hiện thao tác nào bằng cách làm cho trạng thái qubit xoay trên mặt cầu.

3:16

To use a simplified example, the lasers could input the question: what are the prime factors of 15?

Để lấy một ví dụ đơn giản hóa, các tia laser có thể nhập câu hỏi: các thừa số nguyên tố của 15 là gì?

3:22

In response, the ions may release photons.

Để phản hồi, các ion có thể giải phóng các photon.

3:25

The state of the qubit determines whether the ion emits photons...

Trạng thái của qubit quyết định liệu ion có phát ra photon hay không...

3:29

...and how many photons it emits.

...và phát ra bao nhiêu photon.

3:31

An imaging system collects these photons and processes them to reveal the answer: three and five.

Một hệ thống chụp ảnh sẽ thu thập các photon này và xử lý chúng để hiển thị câu trả lời: ba và năm.

3:37

Superconducting qubit quantum computers do the same thing in a different way, using a chip with electrical circuits instead of an ion trap.

Máy tính lượng tử qubit siêu dẫn làm điều tương tự theo một cách khác, sử dụng một con chip với các mạch điện thay vì bẫy ion.

3:46

The states of each electrical circuit translate to the state of the qubit.

Trạng thái của từng mạch điện tương ứng với trạng thái của qubit.

3:50

They can be manipulated with electrical inputs in the form of...

Chúng có thể được thao túng bằng các đầu vào điện dưới dạng...

3:55

...microwaves.

...sóng vi ba.

3:55

So the qubits come from either ions or electrical circuits, acted on by either lasers or microwaves.

Vì vậy, các qubit đến từ ion hoặc mạch điện, chịu tác động của laser hoặc sóng vi ba.

4:02

Each approach has advantages and disadvantages.

Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng.

4:05

Ions can be manipulated very precisely, and they last a long time.

Các ion có thể được thao túng rất chính xác và chúng tồn tại trong thời gian dài.

4:10

But as more ions are added to a trap, it becomes increasingly difficult to control each with precision.

Tuy nhiên, khi nhiều ion hơn được đưa vào bẫy, việc kiểm soát chính xác từng ion càng trở nên khó khăn hơn.

4:17

We can't currently contain enough ions...

Hiện tại chúng ta không thể chứa đủ số lượng ion...

4:20

...in a trap to make advanced computations.

...trong một bẫy để thực hiện các phép tính nâng cao.

4:22

But one possible solution might be to connect many smaller traps that communicate with each other via photons, rather than trying to create one big trap.

Nhưng một giải pháp khả thi có thể là kết nối nhiều bẫy nhỏ giao tiếp với nhau qua photon, thay vì cố gắng tạo ra một bẫy lớn duy nhất.

4:32

Superconducting circuits meanwhile make operations much faster than trapped ions, and it's easier to scale up the number of circuits in a computer than the number of ions.

Trong khi đó, các mạch siêu dẫn thực hiện các thao tác nhanh hơn nhiều so với ion bẫy, và việc mở rộng số lượng mạch trong máy tính cũng dễ dàng hơn so với số lượng ion.

4:42

But the circuits are also...

Thế nhưng các vi mạch này cũng...

4:44

...more fragile and have a shorter overall lifespan.

...dễ vỡ hơn và có tuổi thọ tổng thể ngắn hơn.

4:47

And as quantum computers advance, they will still be subject to the environmental constraints needed to preserve quantum states.

Và khi máy tính lượng tử phát triển, chúng vẫn sẽ phải chịu các ràng buộc môi trường cần thiết để bảo toàn các trạng thái lượng tử.

4:54

But in spite of all of these obstacles, we've already succeeded in making computations in a realm we can't enter or even observe.

Nhưng bất chấp mọi trở ngại này, chúng ta đã thành công trong việc thực hiện các phép tính ở một cảnh giới mà chúng ta thậm chí không thể bước vào hay quan sát.

5:03

Dive deeper into the world of quantum mechanics with this playlist.

Tìm hiểu sâu hơn về thế giới cơ học lượng tử với danh sách phát này.

5:07

Music

[Âm nhạc]

Transcript

Hiển thị

Isolating Sensitive Quantum Environments

Quantum computers require extreme environmental isolation to protect microscopic matter from disruptive physical disturbances. Sturdy laboratory tables, vacuum chambers, and deep-freezing compartments eliminate vibrations, atmospheric gases, and thermal noise. These meticulous conditions allow researchers to safely house and interact with ultra-sensitive particles.

Máy tính lượng tử đòi hỏi môi trường cách ly cực hạn nhằm bảo vệ vật chất vi mô khỏi các nhiễu loạn vật lý. Hệ thống bàn thí nghiệm vững chắc, buồng chân không và khoang siêu lạnh giúp triệt tiêu rung động, chất khí và nhiệt độ gây nhiễu. Những điều kiện tỉ mỉ này cho phép các nhà nghiên cứu lưu trữ và tương tác an toàn với các hạt siêu nhạy.