Siêu chip lượng tử mới làm nóng cuộc đua siêu máy tính

Mẫu chip 17 bít lượng tử mới của Intel.

Chip máy tính lượng tử mới của Intel là mẫu chip 17-bit lượng tử thứ hai sau mẫu chip tương tự được tập đoàn IBM giới thiệu hồi tháng 5.

Mẫu chip mới của Intel sẽ hâm nóng cuộc đua máy tính lượng tử được kỳ vọng sẽ tạo nên cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực điện toán.

Cho tới nay, điện toán lượng tử vẫn là cuộc đua song mã giữa IBM và Google. Hồi tháng 4, Google công bố nghiên cứu về chip 9-bit lượng tử với kỳ vọng sẽ phá vỡ nhiều kỷ lục điện toán lượng tử vào cuối năm nay.

Sau đó một tháng, IBM đã trình diễn mẫu chip 17-bit lượng tử đầu tiên trên thế giới. Công trình của IBM dựa trên nghiên cứu của giáo sư Robert Schoelkopf tại đại học Yale.

Trong khi đó, công trình của Google lại dựa trên nghiên cứu của giáo sư John Martinis, đại học California. Google đã hỗ trợ cho nghiên cứu này từ năm 2014.

Tất cả nhà nghiên cứu từ IBM, Intel, Google hay một số tập đoàn lớn khác như Microsoft đều hướng tới mục tiêu tạo nên siêu chip 50-bit lượng tử.

Siêu chip này sẽ được dùng để tạo ra siêu máy tính mạnh hơn bất cứ siêu máy tính nào hiện nay. Tuy nhiên, không nhà nghiên cứu nào có thể đoán biết siêu máy tính này có thể xử lý và giải quyết những vấn đề phức tạp ở mức độ nào.

Microsoft từng đầu tư cho máy tính lượng tử từ thời Bill Gates nhưng chưa đạt được nhiều thành tựu.

Kỳ vọng mới của loài người

Về cơ bản, máy tính lượng tử khác với máy tính hiện nay vốn dựa trên kỹ thuật số. Một chiếc máy tính kỹ thuật số chỉ có 2 trạng thái: 0 và 1 (hoặc tắt và mở).

Trong khi đó, máy tính lượng tử sử dụng kết hợp giữa 0 và 1 để tạo nên nhiều trạng thái khác nhau, có thể là 0, 1, hoặc cả hai cùng một thời điểm, hoặc một trạng thái lai giữa, kiểu như trạng thái 0/1 bí ẩn khó mô tả hoặc đoán biết. 

Những trạng thái hỗn tạp này được gọi là “rối”, và đã có nhiều công thức toán học nổi tiếng (còn gọi là thuật toán) vận dụng các trạng thái này để giải nhiều bài toán phức tạp mà máy tính truyền thống không thể thực hiện.

Chẳng hạn, máy tính lượng tử có thể xử lý hàng tỷ biến cùng lúc, giống như liên kết giữa các phân tử hóa học.

Khả năng này vô cùng có ích cho các tác vụ học máy. Máy tính lượng tử được kỳ vọng sẽ giúp tìm ra loại thuốc điều trị mới, tạo dựng các phương thức bảo mật máy tính mới, đồng thời giúp máy tính có thể suy nghĩ như con người.

Máy tính lượng tử được kỳ vọng sẽ tạo ra robot có trí thông minh như con người.

Ngoài ra, máy tính lượng tử còn được sử dụng để tạo ra robot giống con người hoặc sản xuất loại thuốc điều trị được tùy biến cho cơ chế hóa học của từng cá nhân riêng biệt.

Lạnh hơn vũ trụ

Thử thách hiện nay là xây dựng các hệ thống máy tính lượng tử cỡ lớn. Intel cho biết, các bit lượng tử vô cùng nhạy cảm. Bất cứ tiếng ồn hoặc sự xáo trộn không chủ đích nào đều có thể khiến chúng mất dữ liệu.

Chính vì vậy, các nhà nghiên cứu luôn phải sử dụng vật liệu kim loại siêu dẫn và phải đặt trong nhiệt độ 20 millikelvin vô cùng lạnh, lạnh hơn 250 lần so với nhiệt độ ngoài không gian.

Không hề dễ dàng khi tạo ra và duy trì điều kiện hoạt động vô cùng khắc nghiệt này cho siêu máy tính.

Vấn đề không chỉ ở môi trường lạnh, máy tính lượng tử có thể tăng kích cỡ bằng cách bổ sung thêm các bit lượng tử, nhưng cũng vì thế mà chúng hoạt động mất ổn định theo nhiều cách.

Bên trong phòng thí nghiệm của IBM, nơi đặt mô hình máy tính lượng tử "Quantum Supremacy ".

Tuy nhiên, đã có nhiều thành công đạt được. Tháng 5/2016, IBM công bố cỗ máy 5 bit lượng tử và dịch vụ điện toán đám mây lượng tử đầu tiên trên thế giới. Chỉ một năm sau đó, các con chip lượng tử này đã tăng gấp 3 lần kích cỡ.

Google cũng từng hy vọng có thể tạo ra một chiếc máy tính thử nghiệm đủ lớn và đủ mạnh vào cuối năm nay để thực hiện các phép tính phức tạp mà siêu máy tính truyền thống không thể xử lý được. Google gọi cỗ máy này là “quyền năng lượng tử”.

Dưới đây là một số hình ảnh về siêu chip 17-bit lượng tử mới của Intel.

Chip thử nghiệm 17-bit lượng tử của Intel khá nhỏ. Các kết nối bằng vàng cho phép chip kết nối ra bên ngoài thông qua máy tính lượng tử.

Phần bên trong của chip lượng tử. Intel đang tìm cách sản xuất hàng loạt loại chip này, đồng nghĩa với việc hãng sẽ phải giải quyết các vấn đề phức tạp và khó khăn hơn rất nhiều so với sản xuất chip lượng tử thử nghiệm.

Có rất nhiều mô hình cần hoàn thiện trước khi công nghệ này được đưa vào sản xuất. Cảnh các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm máy tính lượng tử của QuTech, đối tác của Intel.

Chiếc máy tính lượng tử của IBM đặt trong thùng màu trắng, giống như chiếc tủ lạnh đặc biệt giữ cho máy tính luôn hoạt động ở độ không tuyệt đối.

Nhà khoa học Leo DiCarlo của QuTech và nhà khoa học Dave Michalak của Intel giới thiệu về mẫu chip 17 bít lượng tử thử nghiệm của Intel trong video dưới đây: