Hầu hết chúng ta sẽ hài lòng khi mua được chiếc máy tính có tốc độ nhanh hơn 2 lần chiếc hiện có. Chẳng khi nào ta nghĩ đến việc mua chiếc máy tính có hiệu suất cao gấp hàng nghìn tỷ lần, phải thế không? Nhưng đó là điện toán lượng tử và chính là điều Microsoft muốn hướng tới!
Để làm gì ư? Để giải quyết những bài toán vô cùng phức tạp, như biến đổi khí hậu chẳng hạn, mà với các máy tính hiện nay thì cần cả thiên niên kỷ mới tính toán xong được.
Tiềm năng của các máy tính lượng tử đem lại hiệu suất đáng kinh ngạc xuất phát từ khả năng khai thác các hiện tượng lượng tử, phương pháp phản trực quan mà vật chất hành xử ở mức nguyên tử. Trong khi các máy tính truyền thống thể hiện dữ liệu dưới dạng bit, hoặc là zero hoặc một, các máy tính lượng tử sử dụng các qubit, mỗi qubit có thể biểu thị sự chồng chéo của cả zero và một trong cùng thời điểm. Khả năng biểu thị đồng thời nhiều giá trị là điều ẩn chứa đằng sau sự tăng lên theo cấp số nhân của hiệu suất máy tính lượng tử so với các máy tính cổ điển.
Microsoft đang triển khai phát triển các máy tính lượng tử có mục tiêu tổng hợp, được nhìn nhận là đến một ngày nào đó sẽ giúp thế giới giải quyết các vấn đề cực kỳ hóc búa.
Mô tả điều có thể xảy ra, bà Krysta Svore, Giám đốc điều hành chính bộ phận nghiên cứu của Microsoft, nói: "Những vấn đề mà chúng ta phải mất hàng tỉ năm để giải quyết theo kiểu cổ điển, với máy tính lượng tử, chỉ cần vài ngày hoặc vài tuần”.
Bà nói: "Về việc thu giữ các-bon, chúng ta có thể tìm ra một chất xúc tác giúp tách carbon từ khí quyển, cải thiện khí hậu và có bước tiến chống lại sự nóng lên toàn cầu”.
“Về khoa học vật liệu, chúng ta có thể cải thiện các giải pháp năng lượng sạch. Chúng ta có thể nghiên cứu vật liệu trên máy tính lượng tử. Tìm vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn, cho phép truyền tải năng lượng không bị hao tổn ".
Những thách thức phía trước
Không giống như các hệ thống lượng tử được tạo bởi các hệ thống D-Wave, vốn phù hợp để giải quyết một số lượng hạn chế các nhiệm vụ, được biết đến như là tối ưu hóa vấn đề, Microsoft đang hướng tới mục tiêu tạo ra một máy tính lượng tử có mục đích tổng hợp.
Tuy nhiên, một trong những rào cản lớn nhất để làm cho ước mơ về một máy tính lượng tử trở thành hiện thực là khả năng mở rộng số lượng qubit thành một máy tính có thể vận hành được.
Hiện nay, các chip lượng tử thực nghiệm chỉ có sẵn với một số lượng hạn chế các qubits, nhỏ hơn nhiều so với con số hàng ngàn qubit mà Microsoft muốn có được cho một máy tính lượng tử trong tương lai tới.
Để đẩy nhanh tiến độ đến thời điểm một máy tính lượng tử có thể sử dụng được, Microsoft đang nghiên cứu các qubít dạng topo. Ưu điểm của các loại qubit này là chúng xác định một giới hạn cơ bản trong khi cố gắng mở rộng thành một máy tính lượng tử đầy đủ.
Qubits vô cùng nhạy cảm với ảnh hưởng của năng lượng trong môi trường xung quanh, và nếu bị tác động, rất dễ dẫn đến sai sót trong tính toán. Sự cần thiết phải tránh tác động nhiệt chính là lý do tại sao Microsoft phải hạ thấp nhiệt độ máy tính lượng tử xuống chỉ còn 4 độ Kelvins (khoảng - 278 oC)
Các qubits dạng topo thì ít bị tác động hơn bởi bởi sự can thiệp này. Sự cứng rắn này làm giảm nhu cầu về các qubits chuyên dụng để khắc phục lỗi, làm tăng số qubits có thể được sử dụng để làm việc hữu ích.
"Tại Microsoft, chúng tôi luôn luôn nghĩ đến việc tiến tơi giảm tỷ lệ lỗi, có được các qubits ngày càng tối hơn, rắn rỏi hơn trước tác động của tiếng ồn và sai sót, có độ tin cậy cao, tức là cho phép chúng tôi mở rộng quy mô để giải quyết những vấn đề thách thức nhất của thế giới", Svore nói.
"Các qubits dạng topo sẽ giúp chúng tôi đạt tới đó, tạo ra một nền tảng tốt hơn cho phép chúng tôi nhanh chóng mở rộng một số lượng lớn các qubits thực sự tốt".
Đối với những người muốn được sớm thử máy tính lượng tử, Microsoft sẽ cho ra mặt nhiều công cụ tính toán vào cuối năm nay. Trong đó bao gồm một ngôn ngữ lập trình dùng để viết phần mềm chạy trên các máy tính lượng tử, sẽ được tích hợp vào Visual Studio IDE của Microsoft cùng một máy giả lập máy tính lượng tử để chạy các chương trình máy tính lượng tử, có thể hoạt động tại chỗ hoặc trên nền đám mây Azure của Microsoft. Các yêu cầu sẽ là khá lớn: phiên bản chạy tại chỗ cần RAM 32GB để mô phỏng 32 qubits.
Trong tương lai, Svore nói, bà trông đợi rằng các máy tính lượng tử sẽ trở thành một phần của bức tranh điện toán hiện đại.
Bà cho biết: "Tôi nghĩ chúng ta sẽ thấy những giải pháp tuyệt vời này sẽ xuất hiện trong vài năm tới, khi bạn đang thực hiện một số tính toán lượng tử lại chuyển sang tính toán cổ điển”.
“Hệ thống sẽ được đặt trên đám mây. Điều đó cũng tương tự như ngày hôm nay bạn có các tùy chọn để gửi các thuật toán và ứng dụng của bạn đến một loạt các GPU, CPU, FPGA - lượng tử sẽ là một trong những lựa chọn cho bạn, khi bạn nghĩ về việc tăng tốc các ứng dụng ".
