Bằng máy tính lượng tử, Google đã lần đầu tiên giả lập được một phân tử - bước tiến cực lớn của loài người

Các kĩ sư tại Google vừa chạm tới được một mốc quan trọng trong tin học lượng tử: lần đầu tiên trong lịch sử, họ đã tạo ra một chương trình giả lập lượng tử hoàn thiện của một phân tử hydro.

Máy tính lượng tử của Google.

Đây là một đột phá cực kì quan trọng, bởi lẽ với việc sử dụng những thiết bị tương tự, ta có thể giải mã những bí ẩn lượng tử vẫn tồn tại trong những phản ứng hóa học quanh ta.

Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc tái tạo lại năng lượng phát ra của một phân tử hydro, và nếu ta có thể áp dụng được công nghệ này vào trong các phân tử khác, ta có thể thấy được lợi ích của mọi thứ: từ phân tử của những tấm pin mặt trời cho tới cách mà các phân tử thuốc hoạt động.

Những nghiên cứu, thử nghiệm này là bất khả thi với những bộ máy tính xử lý cổ điển hoặc có thể tốn rất nhiều thời gian. Để phân tích năng lượng của một thứ nhiên liệu gì đó, ví dụ như phân tử khí propane (C₃H₈) sẽ phải cần tới một siêu máy tính và phân tích trong 10 ngày.

Để có thể có được thử nghiệm thành công kia, các kỹ sư tại Google đã kết hợp với các nhà nghiên cứu tại Đại học Harvard, Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley, Đại học Tufts, Đại học California và Đại học London tại Anh.

Phản ứng hóa học trong tự nhiên đều mang tính “lượng tử”, mỗi trạng thái lượng tử của một hạt không thể được miêu tả độc lập, vì thế mà máy tính không thể chuyển trạng thái lượng tử thành mã nhị phân với hai giá trị 0 và 1 được.

Với tin học lượng tử của Google sử dụng các qubit để đo đạc, thì trạng thái trùng của một hạt có thể mô tả được, bởi lẽ bản thân qubit có thể biểu hiện cả trạng thái 0 và trạng thái 1 cùng một lúc.

Để chạy chương trình giả lập kia, các kĩ sư đã sử dụng hệ thống tính toán giá trị riêng lượng tử (VQE), một hệ thống tiên tiến có thể “nhái theo” mạng lưới thần kinh của não bộ con người ở mức lượng tử.

Kết quả từ hệ thống VQE cho ra được so sánh với năng lượng phát ra của phân tử hydro, đồ thị trên đã chỉ rõ rằng hai kết quả gần giống y hệt nhau.

Đây mới chỉ là phần nổi rất nhỏ của tảng băng “lượng tử” khổng lồ, như lời một nhà nghiên cứu nhận định.

Ta đang đi những bước đầu tiên trong việc định hình hiện thực, với thành công này ta có thể thấy được những áp dụng thực tế của hệ thống lượng này lên bất cứ hệ thống nào có liên quan tới hóa học: sản xuất pin “xịn” hơn, đồ điện tử tiên tiến hơn, những vật liệu mới, …

Một trong những tiềm năng là định hình lại cách vi khuẩn tạo nên phân bón. Cách mà con người làm ra loại thức ăn cho cây hiện nay đang không hiệu quả: việc này tiêu tốn 1-2% năng lượng toàn cầu mỗi năm. Vì thế, khi áp dụng được cải tiến mới này, lợi ích nó mang lại là cực kỳ lớn.

Dù vậy, đây mới chỉ là những bước đầu, vẫn còn những tranh cãi xung quanh việc ta đã thực sự bẻ khóa được tin học lượng tử hay chưa.

Một vài người tin rằng thử nghiệm này của Google vẫn chỉ là nguyên mẫu, chỉ là một phần của một chiếc máy tính lượng tử chứ chưa phải “hàng thật”. Nhưng ít nhiều thì ta vẫn có thể hái được thành quả từ những nghiên cứu ấy, và có thể trong một tương lai gần hơn bạn tưởng.

Tham khảo ScienceAlert