[CES 2019] Chiêm ngưỡng tuyệt tác máy tính lượng tử 20-qubit của IBM

Năm ngoái, IBM mang một chiếc máy tính lượng tử 50-qubit đến CES - chính xác là một phần khá bắt mắt của chiếc máy, được trang trí bằng đủ loại ống và dây nhợ tái hiện lại hình ảnh một chiếc đèn trần thời đại hơi nước, để bộ phận làm mát và quản lý năng lượng cồng kềnh hơn ở nhà. Toàn bộ hệ thống máy tính lượng tử này được đặt tại một phòng nghiên cứu ở Yorktown Heights, New York, chiếm trọn một căn phòng lớn. Nó hoạt động hoàn hảo nhưng có thiết kế không mấy thanh nhã - theo lời Bob Sutor, Phó chủ tịch Q Strategy và hệ sinh thái của IBM.

"Tưởng tượng một chiếc xe, nhưng loại bỏ phần ngoại thất bóng bẩy của nó đi. Thay vì thấy một loạt các thiết bị điện tử gắn kết chặt chẽ với hệ thống truyền động hay tương tự vậy, hãy bắt đầu tách riêng chúng ra thành từng mảnh và gắn chúng lên quanh xe. Nó có thể vẫn hoạt động được. Nhưng về mặt tích hợp thì nó chẳng phải là một thiết kế tốt, đúng chứ?" - ông nói.

Gần một năm trước, IBM đã đặt mục tiêu làm ra một thứ tốt hơn: một hệ thống tích hợp hoàn toàn dưới dạng mô-đun, dễ dàng nâng cấp và tối ưu cho điện toán lượng tử. Kết quả chúng ta có IBM Q System One, và nó đã xuất hiện tại CES 2019.

Tất nhiên, trông nó cực kỳ tuyệt vời.

Như bạn đã thấy trong các hình ảnh trên, tất cả các thành phần của hệ thống được đặt vào bên trong một khối lập phương cao 2,75 mét, làm từ kính borosilicate dày 1,27cm. Các cánh cửa trước và sau có thể đồng thời được mở ra, cho phép các kỹ sư tiếp cận máy tính lượng tử từ phía trước và các mô-đun làm mát và điều khiển ẩn đằng sau một bảng điều khiển đằng sau. Mở cả hai cánh cửa sẽ làm cho khối lập phương nghiêng sang một phía trông như một hình bình hành nghiêng - do đó khối lập phương này còn được gia cố bằng một loạt các khung bằng nhôm và thép độc lập. Những cấu trúc này đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc, trong khi giảm thiểu rung động và những tác động tiềm tàng khác.

Vẻ ngoài đẹp sững sờ này được tạo nên bởi Map Project Office, một công ty thiết kế công nghiệp từng làm việc với Sonos, Honda và Kano, và Universal Design Studio, một công ty thiết kế kiến trúc và nội thất trụ sở tại London. Khối lập phương kính được xử lý bởi Goppion, một nhà sản xuất ở Milan chuyên thiết kế các lồng trưng bày cao cấp cho bức Mona Lisa tại bảo tàng Louvre, và cho Crown Jewels tại tháp London...

Chính vì thế, không hề ngạc nhiên khi chiếc máy tính lượng tử của IBM trông chẳng khác gì một tuyệt tác nghệ thuật.

Lớp vỏ kính cho phép IBM có thể kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ bên trong. Điều này đặc biệt quan trọng đối với chip lượng tử - bởi nó phải được giữ ở khoảng 10 millikelvins, hay trên độ không tuyệt đối một khoảng rất rất nhỏ - và các linh kiện điện tử bổ trợ kết nối với bo mạch. Bất kỳ sự rung động hay thay đổi đột ngột nào trong nhiệt độ cũng có thể khiến dự án này đổ vỡ. Trên lý thuyết, thiết kế mới của IBM sẽ giúp giảm khả năng gặp lỗi trong khi chạy các thử nghiệm, và do đó làm cho hệ thống đáng tin cậy hơn đối với các nghiên cứu và các đối tác thương mại của IBM.

Nếu bạn cần một chút thông tin, thì điện toán lượng tử sẽ tận dụng các bit lượng tử, còn được gọi là qubits, để xử lý các tác vụ phức tạp. Không như các bit thông thường, vốn có thể được đặt thành 1 hoặc 0, qubits có thể nhận cả hai giá trị cùng lúc, hoặc một tập hợp tỷ lệ cân bằng của cả hai (mà các nhà khoa học gọi là "superposition" - trạng thái chồng chất). Nếu bạn có 2 qubits, bạn có thể thử 4 kết quả xuất ra cùng lúc (0-0, 0-1, 1-0, 1-1). Qubits còn nhận thức được lẫn nhau - một hiện tượng gọi là "entanglement" (trạng thái rối loạn) - giúp máy tính đi đến một câu trả lời.

Điện toán lượng tử có sức mạnh vượt trội so với các máy tính truyền thống, vốn thử các giải pháp lần lượt. Nó có thể cách mạng hóa lĩnh vực chăm sóc sức khỏe - ví dụ giúp các bác sỹ tìm kiếm các phương thuốc hữu hiệu - trí tuệ nhân tạo, mã hóa, mô hình tài chính và giả lập thời tiết. Đó là những gì các nhà nghiên cứu hi vọng vào thời điểm sơ khởi.

IBM Q System One chứa một cỗ máy 20-qubits thế hệ 4. Nghe có vẻ yếu, khi mà Google đã công bố một cỗ máy lên đến 72-qubits hồi tháng 3 năm ngoái, nhưng theo Sutor thì chất lượng quan trọng hơn số lượng. IBM muốn tập trung vào giảm thiểu lỗi và cải thiện độ tin cậy tổng thể, trước khi tăng cường sức mạnh của hệ thống. "Chúng tôi đã và đang tập trung vào kiến trúc và bố cục của chip lượng tử. Chúng tôi đang xem xét mọi yếu tố liên quan đến việc xây dựng một con chip lượng tử có thể cho phép chúng tôi mở rộng thêm nữa qubits, và giúp chúng chạy hiệu quả hơn với ít lỗi hơn" - ông nói.

Với Q System One, IBM đang hình dung một thế giới nơi máy tính lượng tử được đặt bên cạnh các máy tính truyền thống và trong các trang trại máy chủ. Một ngày nào đó, một công ty sẽ có nhiều khối lập phương như vậy đặt theo phương ngang hay dọc trong một căn phòng. Hay các linh kiện cần thiết để thay thế và nâng cấp các thành phần bên trong của một hệ thống đơn lẻ.

Điện toán lượng tử là một lãnh địa hoang sơ. Và dù công nghệ này vẫn còn sơ khai, IBM đang cố cho chúng ta thấy một sản phẩm hoàn chỉnh có thể làm gì, hay nên trông như thế nào. Q System One là một phần cứng thử nghiệm, bạn không thể mua nó ở Walmart, nhưng công ty đã cố gói gém nó lại như một chiếc iMac đời đầu; đẹp và khép kín, với một cửa sổ để nhìn vào bên trong và sững sờ trước những gì các kỹ sư đã đặt vào đó.

IBM từng hi vọng rằng tạo ra một thứ gì đó đẹp đẽ sẽ giúp duy trì, và có thể làm tăng hứng thú của mọi người vào công nghệ. Nó còn cho mọi người điều gì đó thực tế và hữu hình để ngưỡng mộ. Điều đó rất quan trọng trong bối cảnh điện toán lượng tử vẫn đang trong thời kỳ nghiên cứu ảm đạm. Những tiến triển rõ ràng đang dần xuất hiện - những thử nghiệm đang được thực hiện và nhiều tài liệu khoa học đã được xuất bản - nhưng nhiều ưu thế của công nghệ này vẫn mang tính lý thuyết. Các máy tính lượng tử chưa thể bẻ khóa các loại mã hóa tài chính, hay chạy các chương trình giả lập thời tiết phức tạp được. Nếu bạn không thường xuyên theo dõi các nghiên cứu mới nhất, rất khó để biết liệu điện toán lượng tử có phải là một thứ có thật hay chỉ là một làn sương mờ ảo.

Tuy nhiên, phần cứng mới như Q System One lại dễ dàng được đón nhận. Đầu tiên, nó lớn - trái ngược hoàn toàn với smartphone và laptop, vốn đang ngày càng nhỏ lại. Lồng kính và dầm thép chắc chắn không phải là điều ai cũng thích, nhưng chúng cho thấy một sự tiến hóa và tiến triển rõ rệt so với những gì công ty đã phát triển và trưng bày trước đây.

Không may là, Q System One tại CES 2019 chỉ là...mô hình. Mỗi mặt của nó cao 2,3 mét thay vì 2,74 mét so với chiếc máy thật, và không có bảng điều khiển mặt sau chứa bộ phận làm mát, bộ phận cung cấp điện và các linh kiện theo dõi hệ thống. IBM còn loại bỏ lớp vỏ bảo vệ bao quanh máy tính lượng tử để người xem có thể chiêm ngưỡng hệ thống ống và dây nhợ vốn dùng để giữ các qubits ở tình trạng mát.

Sutor cho biết IBM có một bản mẫu System One hoạt động hoàn hảo tại Yorktown Heights và hệ thống này hiện đang thực hiện các thử nghiệm. "Có thể nói rằng đây là chiếc máy tính lượng tử hoạt động được tốt nhất mà chúng tôi từng tạo ra, trên từng khía cạnh. Và nó đang được sử dụng bởi đội ngũ nghiên cứu ngay lúc này".

Cuối năm nay, công ty sẽ mở một "Trung tâm Điện toán Lượng tử" tại Poughkeepsie, New York, để chứa một phiên bản nâng cấp của Q System One (nhóm nghiên cứu hiện đang xem xét liệu nên chỉnh sửa chiếc máy ở Yorktown hay tạo ra một chiếc máy mới hoàn toàn). Trong thông cáo báo chí, IBM cho biết thành phố này là "một trong số ít địa điểm trên thế giới có đủ năng lực công nghệ, cơ sở hạ tầng, và các chuyên gia để phục vụ một trung tâm điện toán lượng tử, bao gồm điều kiện truy xuất đến các hệ thống điện toán hiệu năng cao và một trung tâm dữ liệu có khả năng sẵn sàng cao để song hành cùng các máy tính lượng tử".

Hầu hết các khách hàng của IBM, còn được biết đến là Q Network, sẽ không thấy được hệ thống thực tế này mỗi ngày. Tuy nhiên, họ sẽ hưởng lợi từ thiết kế mô-đun và những cải thiện về độ ổn định của khối lập phương này. "Chúng tôi sẽ làm các khách hàng đang sử dụng những hệ thống này vui vẻ hơn nhiều. Đặc biệt khi chúng tôi nâng cấp và tăng cường sức mạnh của hệ thống" - Sutor nói.

Những thành viên mới nhất của Q Network bao gồm ExxonMobil, một gã khổng lồ ngành năng lượng, và CERN, tổ chức nghiên cứu châu Âu phụ trách Máy va chạm Hadron khổng lồ. "Chúng ta sẽ thấy khoa học cốt lõi bắt đầu tận dụng những ưu thế và hiểu về điện toán lượng tử, và các tổ chức doanh nghiệp cố gắng hiểu được nó. Thật hào hứng" - Sutor nói thêm.

Q System One là một cột mốc nhỏ nhưng đáng kể đối với điện toán lượng tử. Tuy nhiên, sẽ mất nhiều năm trươc skhi công nghệ này có tác động nhận thấy được đối với cuộc sống của chúng ta. "Cực vui khi nói rằng 'ồ, trong một năm nữa chúng ta sẽ làm điều này', và bất kỳ điều gì. Nhưng sự thật là điện toán lượng tử còn mới mẻ. Nó khác biệt và có rất nhiều cải tiến khoa học và công nghệ phải diễn ra để thực sự đưa nó lên tầm cao mới. Và tôi biết dưới tư cách một nhà toán học rằng bạn không thể cứ muốn là có được những đột phá khoa học".

Tham khảo: Engadget