Tại sao điện toán lượng tử lại quan trọng?

Một kỹ sư chuẩn bị đường tia cho máy tính lượng tử tại Honeywell Quantum Solutions ở Boulder, Colorado. Ảnh: Honeywell / Handout

Máy tính lượng tử hứa hẹn có thể giải quyết một số vấn đề khó giải quyết chẳng hạn như khám phá các vật liệu mới và các hợp chất hóa học, những vấn đề luôn nằm ngoài tầm với của máy tính cổ điển.

Ngày nay, các ngành công nghiệp đang nỗ lực phát triển các mô hình để mô phỏng chính xác thế giới vật chất. Các lĩnh vực có nhiều khả năng được hưởng lợi từ việc giải quyết những thách thức như vậy bao gồm hóa học - đối với vật liệu và thiết kế thuốc; tối ưu hóa - để phân tích tài chính hoặc vận chuyển hàng hải; và máy học cho một loạt các thách thức về mô hình khí hậu và trí tuệ nhân tạo (AI).

Mạng lượng tử IBM đã tham gia vào một số ngành và chủ đề trên khắp thế giới, với hơn 170 đối tác trong ngành trong Fortune 500, các trường đại học và phòng nghiên cứu, cũng như các công ty khởi nghiệp. Năm ngoái, các thành viên của mạng lưới đã xuất bản hơn 300 bài báo nghiên cứu sử dụng hệ thống lượng tử, và trong nhiều trường hợp, cộng tác với các nhà khoa học của IBM.

Trong một ví dụ về nghiên cứu chung, các nhà khoa học tại Mitsubishi Chemical đang sử dụng máy tính lượng tử để hiểu rõ hơn về các phản ứng hóa học nhằm giúp phát triển các loại pin hiệu quả hơn. Nghiên cứu cấu tạo hóa học của pin lithium-oxy có thể giúp giảm sự hình thành các phản ứng hóa học không mong muốn khiến pin khó giữ hoặc sạc lại.

Các nhà khoa học và nhà nghiên cứu đã làm việc trên các khối xây dựng của lượng tử trong nhiều thập kỷ và tiến bộ đạt được vào năm 2021 cho phép chúng tôi lần đầu tiên công bố một lộ trình đưa chúng tôi vào một khóa học hướng tới các bộ xử lý hơn một triệu qubit, hoặc bit lượng tử, đơn vị thông tin cơ bản trong máy tính lượng tử.

Bộ xử lý Eagle do IBM phát triển báo trước thời điểm phát triển phần cứng nơi các mạch lượng tử không còn có thể được mô phỏng chính xác một cách đáng tin cậy trên một máy tính cổ điển. Với 127 qubit, Eagle đẩy chúng ta ra ngoài lãnh thổ mà máy tính cổ điển có thể truy cập và sẽ cho phép các nhà nghiên cứu trong cả học viện và công nghiệp khám phá lãnh thổ tính toán chưa được khám phá.

Tất nhiên, chúng ta không thể tiếp cận điện toán lượng tử thực tế nếu không có một nền tảng mạnh mẽ nhưng linh hoạt có thể chạy các thuật toán lượng tử ngày càng phức tạp. IBM Quantum System Two gần đây đưa ra một ví dụ về kiến trúc phần cứng mô-đun cung cấp một lộ trình để tiếp tục mở rộng quy mô các chip lượng tử. Ví dụ: Hệ thống Hai hỗ trợ hệ thống 433 qubit Osprey sắp ra mắt, được lên kế hoạch cho cuối năm nay và bộ xử lý Condor 1.121 qubit, được nhắm mục tiêu vào cuối năm 2023.

Điện toán lượng tử sẽ thay đổi cuộc sống và doanh nghiệp như thế nào? Các lĩnh vực sẽ được cải thiện nhờ sức mạnh của điện toán lượng tử bao gồm chăm sóc sức khỏe cho thiết kế thuốc, ô tô cho thiết kế pin, ngân hàng và tài chính để tối ưu hóa danh mục đầu tư và rủi ro.

Ví dụ, bất chấp tất cả sự phát triển rực rỡ của thiết kế tương lai, sự nổi lên của ô tô điện được hình thành dựa trên một sự đổi mới ít gây chú ý hơn nhiều mà ẩn giấu bên dưới: nhiều năm tiến bộ ngày càng tăng trong công nghệ pin. Daimler AG ngày nay đang khám phá cách khai thác điện toán lượng tử có thể phát triển các kỹ thuật mô phỏng hóa học chính xác hơn để phát triển các giải pháp và công nghệ năng lượng thế hệ tiếp theo.

Từ việc bật công tắc đèn, cấp nguồn cho điện thoại và máy tính, đến sưởi ấm hoặc làm mát nhà cửa, khả năng tiếp cận năng lượng chạm đến hầu hết mọi khía cạnh của cuộc sống của chúng ta. ExxonMobil đang khai thác tính toán lượng tử để phát triển các kỹ thuật mô phỏng hóa học chính xác hơn nhằm phát triển các giải pháp và công nghệ năng lượng thế hệ tiếp theo.

Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu, hay còn gọi là CERN, hợp tác với IBM Quantum, đang tìm kiếm những cách thức mới để tìm ra các mẫu trong lượng dữ liệu khổng lồ được tạo ra bởi Máy va chạm Hadron Lớn của nó. Có lý do để tin rằng máy tính lượng tử có thể phát hiện ra các kết nối vượt quá khả năng phát hiện của máy tính cổ điển - làm sáng tỏ những đặc điểm tiềm ẩn của vũ trụ.

Năm ngoái, chúng ta đã thấy một số trường hợp sử dụng mà các doanh nghiệp có thể đưa tính toán lượng tử vào hoạt động. BP đã kết hợp điện toán lượng tử vào quy trình làm việc của mình để khám phá việc giảm lượng khí thải carbon, trong khi Goldman Sachs có thể sử dụng các thuật toán khám phá các mô hình định giá phức tạp.

JSR, Mitsubishi Chemical và Đại học Keio ngày nay cũng đang hợp tác với IBM để khám phá các dạng ánh sáng mới với tính toán lượng tử.

Sẽ có những đột phá hơn nữa trong phần cứng và phần mềm. Đơn giản là có quá nhiều chất xám và động lực làm việc trong toàn ngành, chưa kể trong các cơ quan nghiên cứu khoa học, khiến công nghệ không thể tiến xa hơn.

Trong tương lai, khi kết thúc của Thập kỷ lượng tử sẽ không giống như lúc bắt đầu. Mọi người sẽ làm việc với các bộ xử lý lượng tử với hàng nghìn qubit; chúng ta sẽ có toàn bộ lực lượng lao động với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực lượng tử và các doanh nghiệp sẽ thấy được lợi ích của lượng tử, đồng thời vận dụng vào công việc để không bị bỏ lại phía sau./.

Điện toán lượng tử là một trong các phương pháp xử lý thông tin tiến bộ trong tương lai.Theo đó người ta sẽ sử dụng những nguyên lý của cơ học lượng tử để thực hiện các phép tính phức tạp trong một khoảng thời gian ngắn do nhiều siêu máy tính nhanh nhất trên thế giới thực hiện.

Thế hệ máy tính tiếp theo có thể sẽ dựa trên cơ chế lượng tử, không còn cơ chế điện tử như hiện nay nữa.

Điện toán lượng tử dựa trên bit lượng tử, gọi là qubit (viết tắt từ quantum bit). Theo ông Kike Mosca - phó giám đốc viện Điện toán lượng tử ở đại học Waterloo (Canada), thì bit trong điện toán hiện nay chỉ biểu hiện ở hai trạng thái là 1 hoặc 0. Nhưng với qubit, nhờ có đặc tính cơ lượng tử mà một qubit có thể có đồng thời hai trạng thái, 1 và 0, do đó một qubit có thể đại diện cho 2 bit. Điều này có nghĩa là qubit có thể tăng gấp đôi cấu hình tính toán điện tử.

(Theo Bangkok Post)