Theo một lãnh đạo của Microsoft, hãng đang ngày một tiến gần hơn tới công nghệ này.

Google mới đây đã công bố một định mức mới trong lĩnh vực máy tính lượng tử mang tên “lượng tử tối thượng”, cho phép công nghệ này vượt xa về tốc độ so với các máy tính thông thường. Tuy nhiên, Microsoft lại kỳ vọng sẽ đạt được những tiến triển mạnh mẽ hơn thông qua việc tái thiết kế yếu tố cốt lõi của máy tính lượng tử – qubit.

Microsoft hiện đang nghiên cứu về một công qubit có tên gọi “topological qubit”, được kỳ vọng là sẽ đem lại những lợi ích vốn chỉ là hứa hẹn của máy tính lượng tử. Và theo Krysta Svore, Giám đốc bộ phận phần mềm máy tính lượng tử của Microsfot, cuối cùng, sau 5 năm tìm hiểu về công nghệ phần cứng phức tạp này, công ty đã gần như có thể đưa công nghệ này vào sử dụng.

Trong phát biểu tại Hội nghị IEEE gần, Svore đã nói: “Chúng tôi đã dành nhiều năm nay để phát triển công nghệ này. Và sớm thôi, chúng tôi sẽ đạt được nó.”

Các máy tính lượng tử là vô cùng khó để hiểu, để xây dựng, để vận hành cũng như lập trình. Để kích hoạt một máy tính lượng tử, ta cần phải giữ chúng ở nhiệt độ nhỏ hơn 0K, và vì vậy khả năng phổ biến công nghệ này là hầu như không thể.

Tuy nhiên, nếu chúng được vận hành ở các trung tâm dữ liệu, người dùng sẽ có thể tiếp cận được những lợi ích vượt xa máy tính thông thường của chúng. Cụ thể, Svore chia sẻ, một số những ứng dụng của máy tính lượng tử bao gồm: Giải quyết các vấn đề hóa học, giúp tạo ra các loại phân bón hiệu quả hơn, cũng như định lộ trình vận chuyển cho các xe vận tải, giảm mật độ giao thông.

Qubit tốt hơn

Máy tính truyền thống sẽ lưu dữ dữ liệu dưới dạng một bit, biểu thị cho giá trị 0 hoặc 1. Trong khi đó, một qubit có thể lưu trữ cả 2 giá trị này đồng thời bằng cách sử dụng nguyên lý chồng chất trong vật lý lượng tử. Ngoài ra, các qubit cũng có thể được liên kết với nhau thông qua hiện tượng rối lượng tử, giúp các máy tính lượng tử có thể đưa ra hàng loạt giải pháp cho hàng loạt vấn đề tại cùng một thời điểm.

Tuy nhiên, qubit lại rất dễ bị nhiễu loạn, và vì vậy, tâm của các máy tính lượng tử cần phải được giữ lạnh trong một hòm chứa với dung tích khoảng 200 lít.

Krysta Svore, giám đốc bộ phận phần mềm máy tính lượng tử, Microsoft | Stephen Shankland/CNET

Tuy nhiên, kể cả khi đã được tách biệt như vậy, các qubit hiện tại vẫn chỉ hiệu quả trong chưa tới một giây. Do vậy, nhằm cải thiện yếu điểm này, máy tính lượng tử thường được thiết kế sử dụng kỹ thuật sửa lỗi, giúp kết hợp nhiều qubit lại thành một khối qubit duy nhất, gọi là qubit logic. Và như vậy, theo lý thuyết, qubit logic sẽ vẫn có thể hoạt động kể cả khi có một vài qubit trong nó bị nhiễu loạn.

Và theo Svore, đặc điểm nổi bât trong topological qubit của Microsoft, cũng đồng thời là lợi thế chính của công nghệ này, là chúng cần ít qubit hơn trong một khối qubit logic.

Cụ thể, so với qubit logic hiện tại, được kết hợp từ 1.000 cho tới 20.000 qubit đơn lẻ, thì topological qubit của Microsoft chỉ cần 10 tới 100.

Điều này có nghĩa là, máy tính lượng tử sẽ có thể hoạt động với ít qubit hơn.

Hiện tại, chip máy tính lượng tử Sycamore của Google đang sử dụng tới 53 qubit. Vì vậy, để các máy tính lượng tử có thể thực hiện các tác vụ quan trọng hơn, các nhà nghiên cứu đang đặt mục tiêu dùng tối thiểu 1 triệu qubit trong một máy tính.

Đáng tiếc thay, topological qubit của Microsoft vẫn chỉ là một thiết kế trên giấy. Trong khi đó, dù hiệu quả của những thiết kế khác vẫn còn hạn chế, nhưng chúng đã đi vào thử nghiệm thực tiễn.

Thông thường, các vi sinh vật trong phân bón sẽ là nguồn cung cấp Ni-tơ hữu dụng. Tuy nhiên, các quá trình công nghiệp hóa lại yêu cầu mức năng lượng lớn hơn rất nhiều. Tuân theo cách thức hoạt động của các tương tác phân tử, máy tính lượng tử sẽ có thể thúc đẩy quá trình sản xuất hiệu quả hơn.

Nếu chúng ta muốn có nhiều Ni-tơ trong phân bón hơn, chúng ta cần mô phỏng lại các vi sinh vật,” Svore nói. “Các vi sinh vật này làm điều này hết sức tự nhiên trong lòng đất, mà không cần có nhiệt độ hay áp suất cao, đồng thời cũng không tiêu thụ tới 5% nguồn khí tự nhiên trên thế giới.”

Ứng dụng máy tính trong hóa học là một tác vụ vô cùng phổ biến của máy tính lượng tử, xuất phát từ những công ty công nghệ nổi tiếng như Microsoft, Google, IBM, Intel, Honeywell, IonQ và Rigetti Computing.

Tuy nhiên, việc ứng dụng này đã bắt đầu từ những khái niệm đầu tiên về máy tính lượng tử, hình thành trong trí óc của nhà Hóa học đạt giải Nobel, ông Richard Feynman, kể từ năm 1981.

Tự nhiên không có nghĩa là truyền thống, và nếu bạn muốn mô phỏng thiên nhiên, thì bạn cần sử dụng cơ chế lượng tử,” Feynman khẳng định tại MIT. Theo ông, bạn có thể phỏng đoán tự nhiên thông qua việc mô phỏng chúng trên máy tính truyền thống, song lại không thể tạo ra một tự nhiên thật, không khác biệt với tự nhiên trên các máy tính lượng tử.

Ngoài ra, máy tính lượng tử cũng tối ưu hóa rất nhiều tác vụ trong đời sống, từ việc đầu tư tới định lộ trình cho phương tiện. Cụ thể, Microsoft đã có thể khẳng định rằng, máy tính lượng tử có thể tìm ra các cách vận chuyển nhanh hơn so với máy tính truyền thống.

Đồng thời, theo Svore, các quãng đường được tính bằng máy tính lượng tử ngắn hơn 37% so với máy tính thường, và số lượng xe tải cần thiết để chuyên chở cũng giảm xuống.

Bà bày tỏ: “Chúng tôi thật sự đã tìm ra một giải pháp tốt hơn.”

Thuật toán máy tính lượng tử tốt hơn

Microsoft cũng đang tìm cách cải thiện các yếu tố khác của máy tính lượng tử, trong đó bao gồm hệ thống quản lý – một thiết bị gồm hàng trăm dây cắm, với chi phí thành phẩm cao nhằm kết nối được với các qubit.

Trong hội nghị Ignite mới đây, Microsoft cũng đã trưng bày một hệ thống quản lý máy tính lượng tử mới, với ít dây hơn (giảm từ 2016 xuống còn 3 dây), được đồng phát triển bởi Đại học Sydney. Và theo Svore, điều này sẽ sớm được mở rộng quy mô, ứng dụng trên hàng nghìn tỷ qubit.

Svore cũng đồng thời liên tục thúc đẩy công tác nghiên cứu và học tập về thuật toán máy tính lượng tử.

Quay lại với bài toán về phân bón, một máy tính truyền thống sẽ hoàn toàn không thể hóa giải vấn đề này, trái với một máy tính lượng tử của Microsoft – dù nó có thể mất tới 30.000 năm để giải quyết.

Đây là một dấu hiệu tích cực, nhưng đáng tiếc là ít thực tiễn, Svore nói. Tuy nhiên, Microsfot đã tìm ra một các cải thiện thuật toán, giúp quá trình trên có thể được thu gọn chỉ trong chưa tới 2 ngày.

Theo Svore, “Các thuật toán mới sẽ giúp ta đi những bước dài. Vì vậy, chúng ta cần làm chúng trở nên tốt hơn, tối ưu hơn, và liên tục thúc đẩy việc nghiên cứu những thuật toán.”

FPT TechInsight
Theo CNet

Tin liên quan: