Giấc mơ máy tính lượng tử trong tầm với, nhưng đó là cơn ác mộng của PC truyền thống hay là mảnh ghép hoàn thiện cho toàn ngành công nghiệp?

IMB từng gây ngạc nhiên cho toàn thế giới năm 1989 khi viết tên hãng bằng 35 nguyên tử Xenon. Giờ đây, với những thành quả thu được trong nhiều năm nghiên cứu, công ty đang mở ra chương mới về thương mại hóa các cỗ máy lượng tử vốn rất phức tạp ở cơ chế xử lý dữ liệu.

IBM đang nỗ lực thương mại hóa máy tính lượng tử.

“Chúng tôi sẽ cung cấp quyền truy cập vào hệ thống lượng tử cho các đối tác được lựa chọn trong năm nay”, Scott Crowder, Giám đốc công nghệ IBM cho biết.

Máy tính lượng tử sẽ tạo ra thời kỳ mới cho nhân loại nhờ khả năng hoạt động ổn định. Chúng ta có thể thấy smartphone nhỏ bé ngày nay rõ ràng vượt trội hơn hẳn về kích thước máy tính bằng tòa nhà thế kỷ trước. Định luật Moore mô tả tốc độ cải tiến chip đã định hình ngành công nghiệp trong nhiều thập kỷ. Nhưng tiến bộ của máy tính dần tiệm cận giới hạn vì các transistor tiến sát kích thước nguyên tử. Đó là lý do vì sao chúng ta thấy, laptop năm 2017 cũng không nhanh hơn nhiều so với năm 2012.

Crowder cho biết, định luật Moore đang phải vật lộn với những giới hạn vật lý nhưng máy tính lượng tử sẽ bổ sung cho các khiếm khuyết của máy tính truyền thống mà không phải hoàn toàn thay thế chúng. “Nó sẽ giải quyết một mặt của vấn đề mà máy tính truyền thống không thể làm được”.

Máy tính lượng tử sử dụng các trạng thái và tính chất đặc biệt của nguyên tử nên rất khó để hiểu sâu dù đó là các nhà vật lý. Giờ đây, những hệ thống như vậy đang hiện diện nhiều hơn tại các phòng thí nghiệm cấp chính phủ và trường đại học, các công ty khởi nghiệp như Rigetti và D-Wave, hay các dự án nghiên cứu của Microsoft, Intel và Google.

Scott Crowder, Giám đốc công nghệ IBM.

Đây là ngành khoa học còn rất mới. Nhưng ngay cả khi nó phát triển đến mức độ hoàn thiện cũng đừng mong chờ một chiếc iPhone lượng tử. Cỗ máy của IBM được làm lạnh tới gần độ 0 tuyệt đối (-273 độ C), vì vậy các thành phần niobium và aluminum không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài. Việc làm mát như vậy thường mất vài ngày. Đó là lý do khách hàng của IBM sẽ khai thác máy tính lượng tử thông qua Internet chứ không phải nhét chúng dưới bàn như máy cây hoặc cắm chúng vào trung tâm dữ liệu của công ty.

Những ngành công nghiệp hưởng lợi từ máy tính lượng tử

Loại công việc nào phù hợp để xử lý trên máy tính lượng tử? Hiện tại, những nỗ lực ban đầu của các nhà nghiên cứu là làm sao để sử dụng máy tính lượng tử hiệu quả và đáng tin cậy.

Tiếp đến, nhiều lĩnh vực sẽ được áp dụng công nghệ mới, như tiên đoán các tương tác của thuốc, hỗ trợ công tác vận chuyển hàng hóa trong dịp mua sắm lớn và giúp xử lý dữ liệu đảm bảo an ninh chỉ trong thời gian ngắn mà thuật toán bình thường khó giải quyết được.

Phòng thí nghiệm máy tính lượng tử IBM.

Ví dụ như, các nhà máy cần nhiều năng lượng với chi phí lớn để làm phân bón, nhưng vi khuẩn vi mô lại làm điều tương tự một cách hiệu quả bằng phương thức nào đó. Họ không thể hiểu phản ứng xảy ra như thế nào. Một máy tính lượng tử sẽ là công cụ tuyệt vời giúp mọi người biết những gì đang diễn ra ở cấp độ phân tử thay vì phải thực hiện các thí nghiệm mà chưa chắc đã thành công.

IBM tin rằng, máy tính lượng tử còn giúp các nhà đầu tư hiểu rõ về dữ liệu và rủi ro tài chính. Lĩnh vực phát triển trí thông minh nhân tạo cũng được hưởng lợi rất nhiều bởi có thể tạo ra vô số tình huống giả lập để robot học cách đưa ra quyết định phù hợp nhất.

Vẫn cần thời gian để hoàn thiện

Máy tính lượng tử lưu trữ dữ liệu bằng “qubit” – bit lượng tử. Trong khi máy tính hiện nay thực hiện ghi thông tin dưới hai trạng thái 0 hoặc 1. Một qubit có thể chứa cả hai trạng thái 0 và 1. Vì thế, máy tính lượng tử có thể xử lý nhiều công việc hơn trong thời gian rất ngắn.

IBM Q là sản phẩm thương mại của công ty.

Tuy nhiên, cơ chế để xác định giá trị của một qubit (0 hay 1) rất phức tạp. Cần thời gian để các lập trình viên tìm hiểu về hệ thống. Đó là lý do tại sao IBM, Microsoft và Google chỉ cung cấp máy tính lượng tử mô phỏng.

Với kế hoạch đầy tham vọng, IMB trong năm 2016 đã mở trang web Quantum Experience cho phép người ngoài trải nghiệm máy tính lượng tử 5 qubit.

Theo Crowder, một máy tính xách tay không thể mô phỏng được hơn 30 qubit. Trong vài năm tới, công ty sẽ bán ra loại máy tính lượng tử IBM Q 50 qubit. Đó là một bước tiến mới mang tính cách mạng. Nhưng Crowder chỉ ra rằng, phải cần hệ thống hàng ngàn qubit, thậm chí cả triệu qubit mới giúp giải quyết những nhu cầu của khoa học ngày nay.