Cuộc đua máy tính lượng tử

Mỹ và Trung Quốc đang tập trung phát triển các dòng máy tính lượng tử khi đây được cho là một lĩnh vực tạo ra các đột phá mới trong khoa học máy tính.

Một hệ thống máy tính lượng tử của IBM

Đầu tháng 12, Bloomberg đưa tin các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố chế tạo thành công một chiếc máy tính lượng tử có tốc độ vượt trội, đánh dấu bước ngoặt mới trong cuộc đua máy tính lượng tử.

Máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử (Quantum computing) là một lĩnh vực máy tính tập trung vào việc phát triển công nghệ máy tính dựa trên các nguyên tắc của lý thuyết lượng tử, giải thích tính chất của năng lượng và vật chất ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử, theo trang web Investopedia.

Richard Feynman, nhà vật lý học từng đoạt giải Nobel, chính là người đầu tiên đề xuất rằng những đặc tính có ảnh hưởng mạnh mẽ của cơ học lượng tử có thể được áp dụng để tạo ra một loại máy tính mới. Theo Viện Máy tính lượng tử của Đại học Waterloo (Canada), lĩnh vực máy tính lượng tử bắt đầu từ thập niên 1980. Tiếp đến, giới nghiên cứu nhận ra một số vấn đề tính toán có thể được xử lý hiệu quả hơn với các thuật toán lượng tử so với các thuật toán thông thường.

Máy tính lượng tử sử dụng các mạch nhỏ để thực hiện các phép tính như máy tính truyền thống. Tuy nhiên, nó áp dụng thêm cả hai hiện tượng lượng tử là nguyên lý chồng chất và vướng lượng tử. Các máy tính thông thường mã hóa thông tin theo các bit lấy giá trị 1 hoặc 0. Các giá trị này thể hiện hai loại trạng thái mở và đóng của cổng logic, một bộ phận thuộc chíp máy tính. Máy tính lượng tử thì ngược lại, nó sử dụng bit lượng tử hoặc qubit. Qubit có thể cùng lúc đại diện cho cả giá trị 0 và 1. Vì vậy, hai qubit sẽ đại diện đồng thời cho bốn giá trị, tương tự thì ba qubit tương ứng tám giá trị… Đó gọi là nguyên lý chồng chất. Máy tính lượng tử, vì thế, cho phép việc xử lý các hoạt động ở tốc độ cao hơn theo cấp số nhân so với máy tính thông thường và tiêu thụ năng lượng ít hơn nhiều.

Máy tính lượng tử có thể đóng góp rất lớn trong các lĩnh vực tài chính, quân sự, tình báo, phát hiện và điều chế thuốc, hàng không vũ trụ, năng lượng hạt nhân, thiết kế polymer, trí tuệ nhân tạo (AI)…

Cuộc đua Mỹ – Trung

Ông Satya Nadella, Tổng giám đốc điều hành của Tập đoàn Microsoft, đã gọi máy tính lượng tử là 1 trong 3 công nghệ có thể thay đổi thế giới một cách sâu sắc, hai trong số đó là trí tuệ nhân tạo và tương tác thực tế ảo. Về lâu dài, máy tính lượng tử có thể sẽ khiến siêu máy tính nhanh nhất ngày nay không khác gì bàn tính gảy thời cổ bằng khung tre với các hạt trượt.

Tại Mỹ, Microsoft đã sử dụng một ngân quỹ rất lớn để phát triển một máy tính lượng tử sử dụng bản thiết kế khác biệt giúp máy tính tiến gần với mục đích thương mại hơn. Những tên tuổi công nghệ khác của Mỹ như IBM, Amazon… cũng đầu tư khá lớn để phát triển máy tính lượng tử.

Trong khi đó, Trung Quốc dành 10 tỉ USD để xây Phòng Thí nghiệm quốc gia về khoa học thông tin lượng tử (BAQIS). Các nhà khoa học Trung Quốc khẳng định họ vừa hoàn thành việc tạo ra một chiếc máy tính lượng tử có tốc độ nhanh hơn gấp 100 triệu lần siêu máy tính hiện đại nhất thế giới, đánh dấu cột mốc đầu tiên trong sự nỗ lực phát triển công nghệ lượng tử của nước này.

Một nguyên mẫu máy tính lượng tử đã được tạo ra với khả năng phát hiện 76 hạt photon trong thuật toán mô phỏng tiêu chuẩn GBS (Gaussian boson sampling), theo Bloomberg. Bước đột phá lần này chính là ưu thế lượng tử tối cao (quantum supremacy), một khả năng giải quyết vấn đề trong khoảng thời gian hợp lý mà không có bất cứ máy tính truyền thống nào có thể làm được, cho dù có nâng cấp thuật toán hay phần cứng.

Cuối năm ngoái, Google thông báo họ đã đạt được ưu thế lượng tử. Máy tính của họ đã có thể thực hiện một phép tính trong vòng 200 giây mà siêu máy tính nhanh nhất mất khoảng 10.000 năm mới làm xong. Các nhà nghiên cứu Trung Quốc thì tuyên bố rằng nguyên mẫu mới của họ có thể xử lý nhanh hơn 10 tỉ lần so với nguyên mẫu trước của Google, theo Tân Hoa xã.

Dù vẫn còn ở thời kỳ sơ khai, máy tính lượng tử được xem là chìa khóa quan trọng trong việc cải thiện tốc độ xử lý và sức mạnh của máy tính, cho phép chúng mô phỏng các hệ thống lớn và thúc đẩy những tiến bộ trong vật lý, hóa học và các lĩnh vực khác. Các nhà khoa học Trung Quốc đang cạnh tranh với những tập đoàn lớn của Mỹ như Alphabet sở hữu Google, Amazon và cả Microsoft để dẫn đầu về công nghệ. Sự cạnh tranh này đã trở thành một mặt trận khác trong cuộc đua công nghệ Mỹ – Trung.