Máy tính lượng tử

Máy tính lượng tử

Cho đến nay công nghệ của loài người đã vượt rất xa với trong một khoảng vài thập kỷ trở lại đây. Chúng ta đã làm rất tốt khi mã hóa các cơ sở dữ liệu theo hệ nhị phân để có thể lưu trữ và xử lý các dữ liệu trên nhằm phục vụ các mục đích nghiên cứu phát triển khoa học, công nghệ. Chúng ta đã đưa được  hai nhà phi hành gia Hoa Kỳ Neil Armstrong và Buzz Aldrin lên mặt trăng, tiến hành các sứ mạng thăm dò vũ trụ, Sao hỏa, Chúng ta đã có thể quan sát nghiên cứu các sóng hấp dẫn phát ra từ vụ va chạm hai lỗ đen diễn ra cách Trái Đất 13 tỷ năm ánh tráng. Quả thật rất ấn tượng với những thành tựu mà công nghệ máy tính hệ nhị phân có thể làm khi mà chỉ hoạt động trên mỗi nguyên lý số "1" và số "0". 

Liệu có công nghệ mới có thể thay thế các siêu máy tính hệ nhị phân? 

Dù tỏ ra khá hiệu quả trong các tính toán ứng dụng trong đời sống nhưng các máy tính hiện nay như các siêu máy tính của cơ quan hàng Hàng Không Vũ Trụ của Nasa vẫn có nhược điểm đó là cấu tạo của nó phụ thuộc số lượng các linh kiện bán dẫn (Transistor) chứa trên bộ vi xử lý của nó. Dù được công nghệ tiên tiến nhất hiện nay hỗ trợ bằng các công nghệ in bo mạch bằng tia cực tím  thì cũng chỉ có thể ép tối đa là 100 triệu linh kiện bán dẫn trên một mi-li-mét vuông của các bộ vi xử lý silicon trong các siêu máy tính hiện nay. Bắt đầu từ đây công nghệ Vật Lý và Điện toán lượng tử ra đời để khắc phục nhược điểm trên. Mọi chuyện bắt đầu khi một nhà vật lý đầy tham vọng tên là Richard Feynman. Ai cũng nói nước Mỹ được xây dựng hùng mạnh như hiện nay cũng từ những “Giấc mơ Mỹ”. Và Richard Feyman cũng vậy, ông ta đã mơ về một thế giới có thể sở hữu công nghệ vượt ngoài ra khỏi các máy tính kỹ thuật số.  Bị say mê bởi các nguyên lý được vận hành ở cấp độ nguyên tử ông ta đã suy nghĩ về việc tế tạo một máy tính được vận hành dựa trên việc khai thác các định luật lượng tử (Quantum Laws). 

Tuy nhiên chúng ta không khai thác sâu vào các định luật lượng tử này. Hiểu một cách ngắn gọn của bản chất của ứng dụng công nghệ này đó là việc chúng ta khai thác tính năng vượt trội của các máy tính lượng (Quantum Computer) tử đã được phát minh hiện nay bởi các nhà phát triển lớn như Google, Microsoft, IBM,..vv.Chìa khóa của công nghệ trong các Máy lượng tử tận dụng lợi thế của sự song song. Đó là sức mạnh cho phép các máy tính lượng tử có khả năng xử lý hàng tỷ các phép tính chính xác một các song song giúp nó có thể tính toán nhanh hơn và tiết kiệm thời gian. Trong khi các máy tính nhị phân truyền thống chỉ có thể xử lý các phép tính này lần lượt từng cái mộtBởi vì các dữ liệu được mô phỏng dưới dạng các electrone của một nguyên tử, kết quả là nó giúp chúng ta có thể tính nhanh hơn các siêu máy tính của của NASA, Intel hiện nay rất nhiều. Cụ thể năm 2007, hãng D-Wave ở Canada đã công bố chiếc máy tính lượng tử đầu tiên có mặt trên thị trường Thế Giới, chiếc máy tính có tên là D-Wave One. Theo như được mô tả từ công ty D-Wave, đây là một máy tính lượng tử sử dụng một quá trình cơ học lượng tử với 128 quabits. Theo lý thuyết, D-Wave có khả năng giải quyết các phép tính mà các siêu máy tính phải mất hàng thế kỷ để thực hiện trong nhiều lĩnh vực, từ mật mã đến công nghệ nano, từ dược phẩm đến trí thông minh nhân tạo (AI). Máy tính lượng tử sẽ giúp tăng cường trí tuệ nhân tạo mở rộng khả năng tính toán và tự học của các AI cao hơn và ứng dụng đến nhiều ngành công nghiệp hơn.

Trí tuệ nhân tạo 

Nhờ xử lý thông tin nhanh hơn nên các máy tính lượng tử có thể giúp cải thiện ‘’bộ máy tự học” (Self-Learning machine) của các phần mềm trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence). Các khối lượng thông tin khổng lồ sẽ được phân tích, xử lý chỉ trong một phần triệu giây, giúp các AI có thể tự điều chỉnh nhanh hơn và đưa ra các kết quả chính xác hơn trong một thời gian hiệu quả hơn từ các thông tin được phản hồi. Cũng giống như bộ não con người, các ‘’bộ não’’ trí tuệ nhân tạo được vận hành, nâng cấp bởi cơ chế tự học qua các lần trải nghiệm các tình huống khác nhau. Giống như khi chúng ta lần học pha các bảng màu khi vẽ tranh, có thể mất ít nhât khoảng một tháng thực nghiệm với hàng trăm lần các thao tác pha các màu cơ bản với nhau trước khi não bạn có thể hiểu và vẽ được một bức tranh sơn màu kết hợp các màu cơ bản một cách logic. Trí tuệ nhân tạo cũng vậy nhưng với “bộ não AI’’ trong trường hợp này thì chỉ mất chưa đến một giây để các thí nghiệm mô phỏng được tiến hành để cho ra cùng một kết quả mà chúng ta mất khoảng một một tháng để có. 

Ứng dụng trong phát triển y học

Nhờ vào thành quả từ các công trình nghiên cứu của nhà sinh học phân tử Hoa Kỳ James D. Watson đã nghiên cứu thành công bản đồ gen (DNA) (Human Genome Project- HGP) và đã xác định được khoảng 25.000 gen trong bộ gen của con người.  Để phát triển một loại thuốc hiệu quả, các nhà bào chế thuốc buôc phải tính toán mức độ tương tác của các phân tử, Protien và các thành phần hóa học để xem loại thuốc đó có cải thiện được các triệu chứng bệnh nhất định hay không. Các máy tính lượng tử có thể xem xét, phân tích các kết quả thử nghiệm và mô phỏng các phản ứng hóa học xảy ra đối với các phân tử, protein trong các hệ gen của con người giúp các dược sĩ phát hiện sớm, tầm soát các phản ứng phụ của thuốc và bào chế thuốc chính xác hiệu quả cho mỗi bệnh nhân khác nhau bởi vì hệ gen DNA của mỗi người chúng ta phản ứng khác nhau với các thành phần của thuốc. 

Giúp dự báo thời tiết chính xác hơn và nhanh hơn 

Mặc dù chúng ta đã phát triển các công cụ dự báo thời tiết khá hiện đại cho công tác dự báo thời tiết nhưng vẫn còn nhiều nhược điểm về độ chính xác và còn dựa nhiều các phỏng đoán dựa trên kinh nghiệm của các nhà khí tượng học. Chúng ta vẫn không thể quên các thảm họa sống thần Ấn Độ Dương năm 2004 đánh vào bờ biển của hơn 10 quốc gia, cướp đi sinh mạng của hơn 225.000 người. Hay cơn bão Katria năm 2005 gây thiệt hại về vật chất và nhân mạng lớn thứ 5 trong lịch sử Mỹ. Biến đổi khí hậu là khuôn lường trong khi chúng ta dường như bị động và không có những dự báo nhanh nhất có thể chuẩn bị đối phó với các thảm họa thiên nhiên. Các nhà khoa học khí tượng của Anh hiện nay đang đầu tư ứng dụng khả năng tính toán siêu tốc của máy tính lượng tử vào việc cải thiện độ chính xác của các dự báo khí tượng. Bằng cách tính toán các dữ liệu thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn các máy tính lượng tử sẽ tiến hành các tính toán, phân tích các dữ liệu đưa về một cách nhanh hơn và chính xác hơn, sau đó máy tính sẽ tiến hành giã lập, mô phỏng các diễn biến của cơn bão như mức độ sức mạnh, hướng đi,..  giúp các chuyên gia khí tượng có một cơ sở chắc chắn hơn trước khi đưa ra các dự báo thời tiết và có những cập nhật thời tiết nhanh chóng giúp các quốc gia bị ảnh hưởng có thêm giời gian để đối phó với cơn bão. Theo các nghiên cứu từ các thảm họa thời tiết đã xảy ra của nhà khoa học khí tượng trên Thế Giới chỉ ra rằng nếu kết quả dự báo thảm họa có thể đưa sớm hơn khoảng một giờ trước cơn bão thì có thể cứu sống thêm hàng triệu sinh mạng. Giúp cho các thiệt hại về vật chất và nhân mạng được hạn chế thấp nhất có thể.

Bản đồ Gen người