Hứa hẹn đột phá của công nghệ lượng tử

Bà Elizabeth Ruetsch, Tổng Giám đốc bộ phận Giải pháp kỹ thuật lượng tử của Keysight Technologies, người đã có 28 năm kinh nghiệm trong ngành điện tử, vừa đưa ra những nhận định về những xu hướng phát triển của công nghệ lượng tử.

{keywords}
Bà Elizabeth Ruetsch, Tổng Giám đốc bộ phận Giải pháp kỹ thuật lượng tử của Keysight Technologies.

Vị chuyên gia này cho rằng, điện toán lượng tử hứa hẹn nâng cao đáng kể hiệu suất cho năng lực xử lý, mở ra cơ hội thúc đẩy các lĩnh vực như nghiên cứu cơ bản, tối ưu hóa, CNTT và dược phẩm.“Một chiếc máy tính đặc biệt mạnh mẽ sẽ có nhiều ứng dụng mà chúng ta vẫn chưa thể tưởng tượng ra”, bà Elizabeth Ruetsch nêu quan điểm.

Theo bà Elizabeth Ruetsch, máy tính lượng tử có thể giải quyết các bài toán tối ưu hóa khó khăn nhanh hơn rất nhiều, cho phép giải những bài toán mà hiện tại nằm ngoài năng lực của nguồn lực điện toán kiểu cũ. Nhờ đó, chúng ta có thể thực hiện những tính toán mà trước đây không có khả năng thực hiện, chẳng hạn cấu trúc của protein hay dự báo hành vi phức tạp của các hệ thống tài chính.

Mô phỏng lượng tử có thể được dùng trong các nghiên cứu và lập mô hình hóa/dược để giúp chúng ta hiểu cách thức hình thành phân tử và protein; tạo nền tảng cho những đột phá trong các ngành hóa học và sinh học, nghiên cứu thuốc chữa bệnh mới và chăm sóc y tế.

Chẳng hạn, tại Mỹ, ngành sản xuất phân bón tiêu thụ khoảng 1% năng lượng. Sự phức tạp của việc mô phỏng các phản ứng hóa học ở mức cơ lượng tử làm giảm hiệu quả của quá trình sản xuất. Máy tính lượng tử có thể được sử dụng để mô phỏng các quá trình sinh/hóa, ví dụ như quá trình cố định đạm trong “enzyme nitrogenase”, giúp nâng cao hiệu suất và xanh hóa quá trình sản xuất.

Công nghệ lượng tử còn có thể giúp nâng cao truyền thông tin an toàn và tạo khả năng liên đới lượng tử phân tán. Dù gần giống như truyền thông tin quang truyền thống, thông tin lượng tử có các yêu cầu về hiệu năng chặt chẽ và nhạy cảm hơn với các hiệu ứng môi trường. Vì thế, chuyên gia Keysight cũng chỉ ra rằng: Chúng ta vẫn phải giải quyết nhiều thách thức trong chế tạo các trạm lặp lượng tử, trước khi có thể triển khai mạng lượng tử cho các ứng dụng thường nhật.

Khả năng phân tán liên đới lượng tử có thể trợ giúp nâng cao năng lực tính toán và cảm biến bằng cách cho phép tạo ra các mạng lưới cảm biến và máy tính lượng tử: Tương tự như cách tạo các cụm CPU cho điện toán phân tán, chúng ta có thể tạo các cụm QPU (bộ xử lý lượng tử) phân tán cho điện toán lượng tử.

Cùng với đó, trong lĩnh vực an ninh mạng, 1 máy tính lượng tử mạnh có thể phá vỡ tất cả các loại giao thức mã hóa hiện tại đang ứng dụng hiệu ứng số lớn. Hiện không có máy tính hay thuật toán nào có thể làm được việc này trong khoảng thời gian hợp lý. Như vậy, chúng ta có cơ hội phát triển các loại mã hóa mới để giữ an toàn thông tin vì 1 thách thức rất lớn chúng ta đang phải đối mặt là tạo ra các giao thức an ninh bảo mật cả với máy tính kiểu cũ và máy tính lượng tử.

“Khả năng xử lý dữ liệu lớn của máy tính lượng tử là 1 điểm mạnh, có thể gây tác động tới quyền riêng tư cá nhân”, bà Elizabeth Ruetsch lưu ý thêm.

Từ nhỏ lẻ sang ứng dụng rộng rãi

Cũng theo bà Elizabeth Ruetsch, độ nhạy cảm cao độc nhất của các hệ thống lượng tử với tác động từ môi trường xung quanh mang lại cho các hệ thống này năng lực tính toán mạnh mẽ; song đồng thời cũng khiến việc kiểm soát chính xác các hệ thống này gặp nhiều khó khăn. Do đó, các máy tính lượng tử vẫn còn rất nhỏ bé và các phép tính do những hệ thống này thực hiện còn thiếu chính xác.

Để đưa máy tính lượng tử hiện trạng nhỏ lẻ sang ứng dụng rộng rãi, chuyên gia Keysight cho rằng cần cách ly tốt hơn các hệ thống lượng tử khỏi môi trường của chúng cũng như tìm cách kiểm soát chúng chính xác hơn. Chúng ta cần giảm số lượng lỗi trong các phép tính lượng tử, sau đó mở rộng hệ thống lên hàng trăm triệu qubit.

Cần đổi mới sáng tạo về phần cứng và phần mềm điện toán lượng tử để xử lý vấn đề lỗi trong các phép tính lượng tử. Cần nghiên cứu thêm để hiểu rõ hơn về quá trình lỗi xảy ra trong các hệ thống lượng tử, về cách phát triển phần cứng có khả năng xử lý các sai lỗi này. Đồng thời, cần có các tiến bộ về phần mềm và cách thức triển khai một số thuật toán nhất định khi chúng ta chạm tới giới hạn vật lý trong sản xuất chip.

{keywords}

Các công ty khởi nghiệp trong lĩnh vực điện toán lượng tử và những “người khổng lồ” trong ngành như IBM và Google đang tăng cường các hoạt động phát triển máy tính lượng tử lớn trên toàn thế giới. Trong bối cảnh đó, tiềm năng doanh thu của điện toán lượng tử sẽ bổ trợ cho tiềm năng của các công nghệ đột phá khác như 5G, AI/máy học, đám mây... trong quá trình tạo ra những tiến bộ tiềm tàng xuyên suốt các lĩnh vực nghiên cứu và ngành nghề trên thị trường.

Nếu các hoạt động nghiên cứu phát triển tiếp tục đạt được thành tựu, chúng ta có thể kỳ vọng máy tính lượng tử có thể được triển khai trong khoảng 10 năm tới. Với điều kiện là chúng ta có thể giải quyết được bài toán lỗi trong điện toán lượng tử. Nếu không, chúng ta có thể phải tập trung vào các mục tiêu hẹp hơn, chẳng hạn như phát triển các bộ mô phỏng lượng tử để giải quyết các bài toán có mục tiêu cụ thể, thay vì phát triển máy tính lượng tử phổ thông.

“Tuy nhiên, tôi tin rằng khi đã trở nên khả thi, công nghệ này có thể được triển khai thành công và tạo ra nguồn doanh thu khổng lồ cho bất cứ ngành nghề nào sớm đầu tư vào công nghệ đó”, bà Elizabeth Ruetsch nói.

Phạm Trang