Nhật Bản tiến tới công nghệ lượng tử dựa trên ánh sáng

Một nhóm nhà khoa học Nhật Bản hôm 22.12 công bố bước quan trọng trong việc phát triển máy tính lượng tử sử dụng photon, hay còn gọi là các hạt ánh sáng.

Theo Nikkei, nhóm nghiên cứu bao gồm Nippon Telegraph and Telephone (NTT), Đại học Tokyo và Viện nghiên cứu Riken. Cả ba đã phát triển một nguồn “ánh sáng ép” (squeezed light) hiệu suất cao, được sử dụng để truyền thông tin trong máy tính lượng tử quang học. Mục tiêu cao nhất của nhóm là phát triển một máy tính lượng tử mạnh mẽ sử dụng công nghệ này vào năm 2030.

Nhóm nghiên cứu Nhật Bản bao gồm Nippon Telegraph và Telephone đã phát triển một nguồn “ánh sáng ép” hiệu suất cao, cần thiết cho tính toán lượng tử quang học

Nỗ lực trên đánh dấu bước tiến chủ chốt của Nhật Bản trong một lĩnh vực được cho là rất quan trọng đối với sự cạnh tranh của nhiều ngành công nghiệp trong những năm tới. Chính phủ nước này đã cấp vốn cho dự án như một phần của sáng kiến 200 tỉ yên (khoảng 1,76 tỉ USD). Lĩnh vực khoa học lượng tử phần lớn do Mỹ thống trị, nhờ vào những gã khổng lồ công nghệ như Google và IBM. Trung Quốc hiện cũng là một trong những quốc gia đi đầu.

Theo Giám đốc dự án Akira Furusawa, Giáo sư tại Trường Kỹ thuật Đại học Tokyo, nhóm nghiên cứu nhận thấy tiềm năng cải thiện hiệu suất đáng kể so với các công nghệ cạnh tranh khác. Máy tính quang học có thể chạy ở nhiệt độ phòng mà không cần thiết bị làm mát đắt tiền, vốn rất cần thiết cho các máy tính lượng tử khác sử dụng chất siêu dẫn. NTT, công ty cung cấp dịch vụ internet cáp quang tại Nhật Bản, hiện tiếp tục nghiên cứu công nghệ quang học, đã tận dụng kinh nghiệm và chuyên môn của mình trong lĩnh vực này cho dự án.

Máy tính lượng tử có thể xử lý các phép tính mà hệ thống thông thường không làm được. Năm 2019, Google tuyên bố đã đạt được “quyền tối cao lượng tử” khi hoàn thành chỉ trong hơn ba phút một nhiệm vụ mà siêu máy tính cổ điển tốt nhất sẽ phải cần tới 10.000 năm. Các công ty và tổ chức nghiên cứu trên khắp thế giới cũng tham gia cuộc đua lượng tử. Google và IBM đang làm việc với các máy tính lượng tử siêu dẫn, sử dụng vật liệu không có điện trở ở nhiệt độ cực thấp. Tại Nhật Bản, Riken và Fujitsu cũng đang thực hiện con đường đó. Tháng trước, IBM công bố sự phát triển của một bộ xử lý với 127 bit lượng tử hay còn gọi là qubit, nhiều hơn so với hệ thống 53 qubit mà Google từng dựa vào để khẳng định vị thế tối cao về lượng tử.

Tuy nhiên, có một số rào cản nhất định trong lĩnh vực máy tính lượng tử. Ví dụ, hệ thống dây điện gây khó khăn cho việc cải thiện hiệu suất của các hệ thống siêu dẫn, và những người chơi khác đang theo đuổi các khả năng thay thế. Hitachi đang làm việc trên một máy tính lượng tử dựa trên silicon, được xem như con đường đầy hứa hẹn cho các hệ thống quy mô lớn trong tương lai. Trong khi đó, IonQ có trụ sở tại Mỹ sử dụng các ion bị mắc kẹt trong buồng chân không.

Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm. Giá trị của hệ thống quang học bao gồm tiềm năng về khả năng mở rộng và giảm mức sử dụng điện. Năm ngoái, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc cho biết đã đạt được ưu thế lượng tử với một máy tính dựa trên ánh sáng.

Tập đoàn tư vấn Boston ước tính điện toán lượng tử sẽ tạo ra giá trị 850 tỉ USD hằng năm vào năm 2040. Dù vẫn còn nhiều thách thức, chẳng hạn như xử lý các lỗi do tiếng ồn gây ra, nhưng những tiến bộ đang được thực hiện trên nhiều mặt có thể đẩy nhanh việc đưa công nghệ lượng tử vào sử dụng thực tế.