Google đang nâng cấp chiếc máy tính lượng tử D-Wave của họ, với sức mạnh xử lý từ 512 qubit lên hơn 1.000 qubit. Theo công ty, tuy nâng cấp khả năng xử lý lên cao như vậy nhưng điện năng tiêu tốn vẫn duy trì ở mức cũ, và xem đó là một bước tiến bộ đáng kể.
Cùng với NASA và Hiệp hội nghiên cứu không gian của các trường đại học USRA (Universities Space Research Association), Google vận hành chiếc máy tính lượng tử này ở trung tâm nghiên cứu Ames Research của NASA ở California, Mỹ. Đến nay, công ty D-Wave Systems (gốc Canada) là đơn vị trực tiếp xây dựng hệ thống này, cho rằng họ vừa nâng cấp định kỳ cho hệ thống, giữ cho cỗ máy này luôn “đỉnh” trong ít nhất là 7 năm tới. Còn theo Colin Williams, giám đốc đối tác chiến lược và phát triển kinh doanh của D-Wave, ông cho rằng đây là hợp đồng lớn nhất từ trước đến nay của D-Wave. Cỗ máy lượng tử này cũng được các tậo đoàn công nghệ lớn sử dụng, trong đó có Lockheed Martin.
 |
| Máy tính lượng tử D-Wave của Google, do D-Wave Systems phát triển, vừa nâng cấp khả năng xử lý lên hơn 1000 qubit. |
Mặc dù máy D-Wave không mạnh như các nhà khoa học kỳ vọng về máy tính lượng tử nhưng khả năng xử lý trên 1.000 qubit của nó cũng đã vượt hơn rất nhiều so với các hệ thống máy tính không phải lượng tử ngày nay. Và theo hợp đồng của Google với D-Wave, hệ thống này sẽ được nâng cấp theo thời gian nên sẽ còn mạnh hơn nữa. Điểm đáng khích lệ với hệ thống này là D-Wave vẫn giữ mức điện năng tiêu tốn như cũ mà vẫn cải thiện được tốc độ xử lý cho hệ thống. Đây là điều mà ngành công nghiệp máy tính truyền thống vẫn loay hoay chưa có cách nào hoàn hảo để giải được bài toán này.
Qubit
Một máy tính lượng tử hoạt động theo các nguyên tắc của vật lý lượng tử, là vật lý của những thứ vô cùng nhỏ, như là các hạt electron và photon. Trong một máy tính thông thường, một transistor chứa một “bit” thông tin đơn lẻ. Nếu transistor đó “bật”, nó sẽ chứa giá trị là 1, ngược lại khi nó “tắt”, giá trị sẽ là 0. Nhưng trong máy tính lượng tử, có một nguyên tắc gọi là “đa trị”, là thông tin chứa trong một hệ thống lượng tử có thể tồn tại cả 2 trạng thái cùng lúc, nghĩa là một qubit có thể chứa đồng thời giá trị 0 và 1.
Vậy nên 2 qubit có thể chứa đến 4 giá trị ở 1 thời điểm (00, 01, 10, 11). Và khi tăng số qubit lên, ta có được một hệ thống xử lý rất mạnh. Vấn đề là tạo một qubit không hề dễ. Quá trình đọc thông tin từ 1 qubit ta gọi là “decoheres”.
D-Wave cho rằng họ có cách giải bài toán này. Chiếc máy tính lượng tử đầu tiên chỉ có 16 qubit, xuất hiện vào năm 2007. Cùng với NASA, Google bắt đầu thử nghiệm chiếc máy tính lượng tử đầu tiên trên thế giới cách đây vài năm, nâng số qubit lên được 512 qubit.
Theo D-Wave, mỗi qubit là một bản mạch siêu bán dẫn, là một vòng lặp dòng điện nhỏ, và những mạch điện được thả vào một môi trường nhiệt độ cực thấp để dòng điện cùng một lúc có thể chạy theo 2 hướng khác nhau. Sau đó, cỗ máy thực hiện tính toán sử dụng những thuật toán, mà về bản chất các thuật toán này xác định những mẫu di chuyển của dòng điện khi tăng nhiệt độ lên.
Vài người thắc mắc liệu hệ thống lượng tử này có thực sự cho thấy những đặc tính lượng tử cơ bản hay không. Vài nhà nghiên cứu tại USC cho rằng hệ thống này mới chỉ cho thấy “hiện tượng lượng tử” mà thôi. Dù vậy, D-Wave không phải là chiếc máy tính lượng tử chạy được mọi thứ mà nó chỉ phù hợp để chạy một số ứng dụng cụ thể (ứng dụng machine learning) và nó được tinh chỉnh để ít gặp lỗi nhất.
Theo D-Wave Systems, điện năng tiêu tốn chủ yếu cho hệ thống này là cho hệ thống làm lạnh. Toàn bộ D-Wave tiêu tốn khoảng 15kW, trong khi chip lượng tử chỉ sử dụng một phần nhỏ của 1microwatt. Điều này có nghĩa là công ty có thể tiếp tục cải thiện tốc độ hệ thống mà không thay đổi quá nhiều về “cái tủ lạnh” của D-Wave.
Dù gì đi nữa, khi mà khả năng tính toán của máy tính truyền thống đang đi đến “cực đại” thì phía chân trời đang nhen nhóm một công nghệ điện toán mới như máy tính lượng tử, cho dù nó chưa hoàn thiện, đó là điều chúng ta lạc quan.