Năm nay đánh dấu một thế kỷ kể từ khi cơ học lượng tử ra đời. Phát hiện mang tính đột phá này đã giúp chúng ta hiểu rằng các định luật vật lý chi phối thế giới xung quanh ta ở cấp độ nhỏ nhất – các phân tử, nguyên tử và hạt hạ nguyên tử – về cơ bản khác với các định luật chi phối cách chúng ta tương tác với các vật thể trong cuộc sống hàng ngày. Cơ học lượng tử đã cho phép chúng ta hiểu chi tiết mọi thứ, từ các quá trình trao đổi chất trong máu đến pin điện cung cấp năng lượng cho ô tô và máy tính của chúng ta, và cho các khám phá từ laser đến chất bán dẫn.Cơ học lượng tử đã thay đổi cách chúng ta hiểu về thế giới tự nhiên, và mãi đến năm 1981, nhà vật lý nổi tiếng Richard Feynman mới nhận thấy rằng vì thế giới là lượng tử, nếu chúng ta thực sự muốn một máy tính mô phỏng hiệu quả toàn bộ thế giới tự nhiên, nhân loại có lẽ sẽ phải xây dựng một máy tính lượng tử.Trong hơn một thập kỷ tiến bộ khoa học, Google đã đạt được những tiến bộ đáng kể hướng tới tầm nhìn xây dựng các máy tính lượng tử quy mô lớn, sửa lỗi có thể giải quyết các vấn đề mà nếu không thì không thể. Để kỷ niệm Ngày Lượng tử Thế giới, hãy cùng khám phá ba lĩnh vực mà máy tính lượng tử có thể cải thiện cuộc sống.https://www.youtube.com/watch?v=wrpikLaV5NAMột trong những lĩnh vực đầy hứa hẹn nhất là y học. Các nhà nghiên cứu vẫn còn rất nhiều điều để tìm hiểu về các hệ thống sinh học phức tạp của cơ thể con người và máy tính lượng tử có thể giúp chúng ta hiểu sâu hơn – như giúp hiểu các hệ thống quan trọng liên quan đến thiết kế thuốc và sự trao đổi chất của chúng ta. Bằng cách tính toán cách các ứng cử viên thuốc nhất định sẽ tương tác với mục tiêu của chúng và các phân tử sinh học khác, máy tính lượng tử có thể giúp chúng ta thiết kế các phương pháp điều trị hiệu quả hơn và nâng cao y học. Ví dụ, hợp tác với công ty dược phẩm Boehringer Ingelheim, chúng tôi đã chứng minh rằng máy tính lượng tử sẽ có thể mô phỏng một cấu trúc quan trọng của Cytochrome P450, một enzyme được tìm thấy ở người, với độ chính xác cao hơn trong thời gian ngắn hơn so với máy tính cổ điển. Cytochrome P450 là một enzyme quan trọng để xác định hiệu quả của thuốc, vì nó phá vỡ thuốc trong máu của chúng ta.Tiếp theo, nhu cầu năng lượng của thế giới – và khả năng lưu trữ nó – đang tăng lên mỗi năm. Chúng tôi đang điều tra cách máy tính lượng tử sẽ có thể giúp thiết kế các vật liệu mới. Ví dụ: chúng tôi đã khám phá, hợp tác với công ty hóa chất BASF, rằng máy tính lượng tử sẽ có thể mô phỏng chính xác Lithium Nickel Oxide (LNO), một vật liệu được sử dụng trong pin. LNO khó sản xuất công nghiệp và các khía cạnh hóa học của nó chưa được hiểu rõ, nhưng nó mang lại dấu chân môi trường nhỏ hơn so với lithium cobalt oxide thường được sử dụng và chúng tôi thậm chí đã khám phá các giải pháp thay thế cho việc sử dụng cobalt trong pin. Mô phỏng hành vi cơ học lượng tử của LNO có thể cải thiện quy trình sản xuất công nghiệp và cuối cùng, giúp chúng ta tạo ra những loại pin tốt hơn.Cuối cùng, năng lượng nhiệt hạch, nguồn năng lượng của các ngôi sao, mang đến lời hứa về năng lượng sạch và dồi dào – nhưng nó vẫn chưa được hiện thực hóa ở quy mô lớn. Thiết kế các lò phản ứng cần thiết dựa trên các mô hình tính toán để hiểu các vật liệu trong điều kiện nhiệt hạch khắc nghiệt. Tuy nhiên, các mô hình hiện tại thiếu độ chính xác, thường không phù hợp với kết quả thực tế và đòi hỏi hàng tỷ giờ CPU. Hợp tác với Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia, các nhà nghiên cứu của chúng tôi đã chứng minh rằng một thuật toán lượng tử chạy trên máy tính lượng tử chịu lỗi có thể mô phỏng hiệu quả hơn các cơ chế cần thiết cho các phản ứng nhiệt hạch bền vững, cuối cùng có thể giúp biến năng lượng nhiệt hạch thành hiện thực.Những tiến bộ trong y học và năng lượng sẽ là một bước tiến lớn, và tuy nhiên, nó có thể chỉ làm xước bề mặt của những gì có thể có với máy tính lượng tử. Với sự phức tạp của công nghệ này, nó có thể giải quyết các vấn đề mà chúng ta thậm chí còn chưa biết cách hỏi. Nhưng để nhận ra toàn bộ tiềm năng của máy tính lượng tử đòi hỏi sự tiến bộ trên toàn bộ ngăn xếp, bao gồm xây dựng và mở rộng quy mô các qubit tốt hơn; cải thiện khả năng sửa lỗi lượng tử; phát triển các thuật toán lượng tử mới và áp dụng chúng vào thế giới thực. Không ai có thể làm điều này một mình, vì vậy chúng tôi sẽ tiếp tục làm việc với các đối tác trong giới học thuật, ngành công nghiệp và khu vực công để tạo ra hệ thống máy tính lượng tử tiên tiến nhất trên thế giới.
