Liệu một thế giới lượng tử sẽ tốt hơn? - Farai Mazhandu

Máy tính lượng tử hiện nay không phải là một thiết bị bí ẩn, nó không còn xa lạ gì đối với chúng ta. Về cơ bản, máy tính lượng tử được tạo ra dựa vào các định luật vật lý khác nhau, và nó khác hoàn toàn so với những chiếc máy tính cổ điển. Nói một cách dễ hiểu hơn, máy tính lượng tử được áp dụng các nguyên tắc của vật lý lượng tử để tính toán và giải quyết các vấn đề phù hợp. Do đó, máy tính lượng tử sử dụng các bit lượng tử (được gọi là qubit).

Một qubit có thể được tồn tại theo nhiều cách khác nhau. Bản thân mỗi qubit có thể được mang bởi một nguyên tử đơn lẻ, một electron hoặc một photon đơn (một hạt ánh sáng). Hoặc chúng cũng có thể được mang bởi một hệ thống phức tạp hơn, như một mạch điện lạnh siêu dẫn, trong đó có nhiều electron đang di chuyển. Cùng một lúc nhiều qubit có thể tồn tại và liên hệ với nhau qua - tạo nên hiện tượng rối lượng tử (vướng víu lượng tử). Sự vướng víu này có thể xảy ra ở khoảng cách vĩ mô giữa các qubit, cho phép chúng thể hiện các chồng chập cùng lúc của nhiều dãy ký tự. Điều này khiến cho một hệ thống lượng tử có thể xử lý và phân tích nhiều điểm dữ liệu cùng một lúc và sau đó đưa ra giải pháp tốt nhất.

Khi số lượng qubit tăng lên, máy tính lượng tử có thể chứng minh lợi thế đáng kể của mình so với những chiếc máy tính truyền thống về mặt giải quyết một vấn đề nào đó một cách nhanh chóng.

Tuy nhiên, máy tính lượng tử không được định sẵn để thay thế bất cứ bộ xử lý trong máy tính cá nhân hoặc điện thoại thông minh nào cả. Máy tính lượng tử sẽ phù hợp nhất để tăng tốc độ xử lý các vấn đề được tối ưu hóa, Machine Learning, mô phỏng hệ thống lượng tử và mật mã. Bởi lẽ hầy hết các loại vấn đề này được coi là cực kỳ khó khăn vì chúng tập trung vào phân tích và thao tác rất nhiều dữ liệu đầu vào, quá tải so với một chiếc máy tính thông thường để xử lý.

Dù vậy thì máy tính lượng tử vẫn còn kém hơn máy tính bình thường trong khá là nhiều vấn đề. Nó chỉ giỏi trong những vấn đề chuyên môn thôi.

Một điều rõ ràng là không phải lúc nào máy tính lượng tử cũng là một giải pháp tốt cho xã hội. Điều khiến tôi lo lắng ở đây đó chính là sự phấn khích từ những quan niệm sai lầm của những nhà hoạch định chính sách, nhà báo và công chúng, về những khả năng mà máy tính lượng tử có thể làm được.

Hầu hết mọi người đều nghĩ rằng nó là một cỗ máy kỳ diệu có thể giải quyết mọi vấn đề nhanh chóng, trong khi thực tế nó chỉ giỏi trong lĩnh vực chuyên môn. Máy tính lượng tử không chỉ đơn giản là sự tiếp nối của Định luật Moore mà về cơ bản là còn có rất nhiều sự khác nhau.

Việc áp dụng máy tính lượng tử hiện nay đang được thúc đẩy chủ yếu bởi nhu cầu giải quyết các vấn đề với độ chính xác cao, nhằm cải thiện năng lực mô hình hóa và mô phỏng, và tăng hiệu quả hoặc tối ưu hóa các hệ thống hoặc quy trình.

Hiện nay, việc sử dụng các mô phỏng kỹ thuật số và nhu cầu thực hiện các mô phỏng trong thế giới thực đã tăng lên đáng kể, chủ yếu là để tìm ra cách để giảm thiểu chi phí là thời gian thiết kế. Từ việc mô phỏng mà dữ liệu và bộ xử lý chuyên sâu có thể hưởng lợi rất nhiều từ sức mạnh được tăng theo cấp số nhân của máy tính lượng tử.

Những mô hình và mô phỏng này thậm chí còn được mở rộng để mô hình hóa các quy trình trong thế giới thực, như việc tạo ra một loại thuốc mới, vật liệu, pin mặt trời, chất siêu dẫn nhiệt độ cao, phản ứng hóa học để làm phân bón, dự đoán và kiểm soát đám đông, tối ưu hóa nhanh chóng khâu hậu cần.

Một số ứng dụng này tuy khó để nhận biết nhưng chúng là những lĩnh vực mà bạn chỉ cần một vài thành công thôi là có thể có được hàng tỷ đô la rồi.

Có một mong muốn mạnh mẽ để giải quyết các vấn đề trong nhiều khía cạnh của cuộc sống của chúng ta một cách tối ưu.

VD: định tuyến taxi; dịch vụ đi chung xe, các danh mục đầu tư, dự báo kinh tế là những vấn đề có lượng đầu vào khổng lồ, đòi hỏi một hệ thống  xem xét và xử lý dữ liệu một cách nhanh chóng và chính xác.

Xã hội của chúng ta đang ngày càng tinh vi hơn và điều này đặt ra yêu cầu rất lớn đối với nhiều ngành công nghiệp để dự đoán và cải thiện chức năng của sản phẩm và dịch vụ. Để đảm bảo dự đoán và cung cấp hiệu quả các sản phẩm và dịch vụ một cách tốt hơn, yêu cầu đặt ra là phải sử dụng các phương pháp hoạt động một cách chính xác. Độ chính xác cao hơn đồng nghĩa với việc cần phải xem xét nhiều biến hơn. Các biến bổ sung đòi hỏi một sức mạnh xử lý với tốc độ cao, mà các máy tính cổ điển lại không thể đáp ứng. Cách hiệu quả duy nhất là sử dụng máy tính lượng tử và khai thác tốc độ lượng tử. Ban đầu, máy tính lượng tử có thể tăng tốc độ đa thức. Tuy nhiên, việc cải tiến đa thức có thể giúp ích cho bất kỳ vấn đề nào, không chỉ riêng vấn đề này. Điều này khá là khó khăn và thông thường chúng không tồn tại.

Khả năng phá vỡ hầu như bất kỳ mã phi lượng tử nào, để tạo ra các mã lượng tử không thể bị phá vỡ và để tạo điều kiện cho việc liên lạc trên toàn thế giới an toàn có ý nghĩa rất lớn đối với an ninh quốc gia và cá nhân. Giao tiếp trực tuyến hiện tại của chúng tôi dựa trên mã hóa cổ điển mỗi ngày để đảm bảo quyền riêng tư. Một máy tính lượng tử sẽ không có nghĩa là sự kết thúc của bảo mật trực tuyến. Có những hệ thống mật mã khóa công khai hiện đang hoạt động giống như những hệ thống dựa trên mạng được cho là chống lại sự tấn công ngay cả bởi máy tính lượng tử.

Trí tuệ nhân tạo hiện nay vẫn còn nhiều hạn chế, nó vẫn chưa đạt được tiềm năng sâu xa.

Học máy lượng tử thể hiện sự kết hợp lý tưởng giữa vật lý lượng tử và Machine Learning, việc áp dụng AI vào là vô cùng cần thiết để giải quyết các vấn đề khó khăn. Tiềm năng học máy lượng tử là vô biên.

Máy tính lượng tử là một thiết bị chuyên dụng, nó không có khả năng cải thiện tất cả hoặc thậm chí là với những gì chúng ta đã và đang làm với máy tính ngày nay, nhưng  tất nhiên là nó có thể tăng tốc đáng kể cho một vài vấn đề cụ thể.

Trong một tương lai gần, máy tính lượng tử và máy tính cổ điển vẫn có thể sẽ được sử dụng song song và trợ giúp cho nhau để giải quyết một vấn đề nào đó. Một máy tính lượng tử chủ yếu sẽ được sử dụng như một máy gia tốc để xử lý các vấn đề khó khăn trong khi một máy tính cổ điển có thể được sử dụng tích hợp để vừa điều khiển được những chiếc máy lượng tử, vừa tích hợp, xử lý những kết quả đơn giản.

Bằng cách xem xét quy mô đầu tư vào lĩnh vực này từ chính phủ, các công ty tư nhân và cacs trung tâm nghiên cứu, một điều vô cùng rõ ràng rằng công nghệ lượng tử sẽ có những tác động đáng kể đến xã hội trong những thập kỷ tới.

_________________

Source: Is the quantum world better? by Farai Mazhandu in @thestartup_

Dịch: Linh Trang.