Siêu máy tính giúp con người làm được những điều không tưởng

Các nhà khoa học đã theo đuổi giấc mơ về việc tạo ra một chiếc máy tính lượng tử từ lâu. Công nghệ này sẽ mang đến cho chúng ta sức mạnh xử lý những vấn đề có quy mô ngoài sức tưởng tượng.

Và giờ đây, cốt lõi của máy tính lượng tử, một kế hoạch chi tiết về việc xây dựng mã nguồn mở đầu tiên đã được công bố.

Kế hoạch chi tiết này sẽ tạo bước tiến đột phá trong công nghệ hiện thời, cho phép chúng ta có thể điều khiển một máy tính lượng tử có kích thước tương đương một sân bóng đá.

"Chúng tôi đang hoàn thiện kế hoạch chi tiết nhằm xây dựng một máy tính lượng tử có quy mô lớn trong thực tế", nhà khoa học Winfried Hensinger đến từ Tập đoàn công nghệ lượng tử Ion trực thuộc Đại học Sussex (Anh) cho biết: "Cuộc sống chúng ta sẽ thay đổi hoàn toàn. Loài người sẽ có khả năng thực hiện những điều mà thậm chí chúng ta không bao giờ dám mơ tới trước đây".

Máy tính lượng tử không phải là một lý thuyết mới mẻ. Nhà vật lý học đoạt giải Nobel năm 1982 Richard Feynman đã đề xuất ý tưởng về loại công nghệ này nhưng cho đến nay, chúng ta mới đủ trình độ để thực hiện những bước đi đầu tiên.

Không giống như các máy tính thông thường bị giới hạn trong mã nhị phân 1 và 0, các máy tính lượng tử hoạt động dựa trên bit lượng tử (quantum bit – qubit). Nhờ vào hiệu ứng lượng tử kì dị (spooky quantum effect) mà mỗi qubit có thể đưa về trạng thái 0, 1 hoặc kết hợp của cả hai.

Trong khi các máy tính dùng bit thông thường chỉ có thể hiện thị 0 hoặc 1 tại một thời điểm duy nhất, máy tính qubit có thể thể hiện cả 0 và 1 cùng một lúc. Điều này cho phép chúng có thể thực hiện nhiều phép tính đồng thời, tạo cho máy tính lượng tử có khả năng sức mạnh xử lý chưa từng có.

Google tuyên bố rằng, họ đang phát triển một loại máy tính lượng tử có tên là D-Wave 2X có khả năng xử lý nhanh hơn so với máy tính xách tay của bạn 100 triệu lần. Tuy nhiên, nó vẫn chưa phải là một máy tính lượng tử đúng nghĩa.

Nhiều nhóm khoa học trên khắp thế giới đang chạy đua để xây dựng một máy tính lượng tử hoàn thiện đầu tiên. Tuy nhiên, họ vấp phải một rào cản rất lớn, đó là việc khai thác hiệu ứng lượng tử kì dị không phải là một điều dễ dàng.

Cho đến nay, các nhà khoa học mới chỉ có thể xây dựng các thiết bị chứa được khoảng 10-15 qubit. Con số này không thật sự đủ lớn để tạo ra một cuộc cách mạng.

"Các máy tính lượng tử luôn gặp phải tình huống mang tên là suy giảm sự gắn kết (decoherence). Qubit sẽ mất đi tính chất kì dị của nó và trở thành các bit 0 và 1 đơn giản. Đây chính là trở ngại kỹ thuật để xây dựng máy tính lượng tử trong thực tế", nhà khoa học Paul Rincon giải thích.

"Chúng tôi đang phát triển một ý tưởng cho phép sửa chữa lỗi này, từ đó tạo ra khả năng xây dựng một thiết bị với quy mô lớn", Hensinger nói: "Để có thể phát minh ra các loại thuốc mới, nghiên cứu về bản chất của thực tại, tìm hiểu về vũ trụ, thiết kế vật liệu mới, chúng ta phải cần đến hơn 10 tỷ bit lượng tử".

Phương pháp đó chính là sử dụng khu vực từ tính nhầm bẫy các ion (nguyên tử tích điện). Các khu vực từ tính này sẽ đóng vai trò như các qubit và sẽ tồn tại trong hệ thống hàng nghìn module liên kết với nhau.

Những module hình vuông này sẽ được hoán đổi liên tục, thay thế hoặc thêm vào tùy ý. Trên lý thuyết, điều này cho phép bạn xây dựng một máy tính lượng tử lớn như bạn muốn.

Mỗi module sẽ chứa khoản 2.500 qubit ion và lớp từ trường sẽ bảo vệ chúng khỏi sự suy giảm gắn kết, giữ cho chúng liên tục ở trạng thái lượng tử.