Microsoft đạt đột phá về máy tính lượng tử - 'quân bài tẩy' trong cuộc chiến Mỹ Trung?

Công nghệ lượng tử của Microsoft tăng sức nóng cho cuộc cạnh tranh giữa các tập đoàn công nghệ hàng đầu, đồng thời là một trong những "con bài tẩy" trong cuộc đối đầu công nghệ giữa Mỹ và Trung Quốc.

Microsoft tuyên bố đã đạt được bước tiến quan trọng trong lĩnh vực máy tính lượng tử, khi khai thác thành công một trạng thái vật chất mới để tạo ra các khối xây dựng cơ bản của công nghệ này.

Thành tựu này đánh dấu bước ngoặt sau hai thập kỷ nghiên cứu trên ranh giới vật lý, vốn được giới chuyên gia khoa học đánh giá là đầy thách thức.

Tập đoàn công nghệ Mỹ khẳng định đột phá này có thể giúp họ chế tạo một máy tính lượng tử thực tế vào cuối thập kỷ này, mở ra cơ hội vượt qua các đối thủ trong cuộc đua phát triển công nghệ tiên tiến.

Bước tiến này đến từ nhiều năm nghiên cứu về fermion Majorana – một loại hạt lý thuyết thuộc trạng thái thứ tư của vật chất, khác với chất rắn, lỏng và khí. Sự tồn tại của loại hạt này được đề xuất từ năm 1937, nhưng các nhà khoa học đã gặp nhiều khó khăn trong việc chứng minh chúng có thực.

Giám đốc điều hành Microsoft, Satya Nadella, từng khẳng định từ năm 2016 rằng công ty đang tiến gần đến "một cuộc cách mạng lượng tử". Tuy nhiên, phải đến năm 2022, các nhà khoa học của tập đoàn mới ghi nhận được những dấu hiệu mà họ tin là bằng chứng cho sự tồn tại của hạt này.

Sự phát triển của máy tính lượng tử không chỉ mở ra tiềm năng đột phá trong lĩnh vực tính toán mà còn đặt ra những thách thức lớn đối với hệ thống an ninh mạng hiện nay.

Hầu hết các phương thức mã hóa đang được sử dụng đều dựa trên giả định rằng việc giải mã bằng tấn công brute-force (tấn công vét cạn) sẽ mất quá nhiều thời gian để thực hiện. Tuy nhiên, sức mạnh tính toán vượt trội của máy tính lượng tử có thể làm lung lay nền tảng bảo mật này.

Thách thức lớn nhất trong việc phát triển máy tính lượng tử là kiểm soát các qubit – đơn vị thông tin cơ bản tương đương với bit trong máy tính cổ điển. Mặc dù qubit có khả năng tính toán nhanh vượt trội, nhưng chúng lại cực kỳ nhạy cảm với nhiễu và dễ mắc lỗi.

Microsoft cho biết con chip Majorana 1 mà họ phát triển ít bị lỗi hơn so với các công nghệ hiện có. Công ty khẳng định điều này trong một nghiên cứu sắp được công bố trên tạp chí khoa học Nature.

Microsoft dẫn đầu cuộc đua nghiên cứu lượng tử?

Bước đột phá của Microsoft trong công nghệ lượng tử diễn ra chỉ vài tuần sau khi Giám đốc điều hành Nvidia, ông Jensen Huang, nhận định rằng phải mất ít nhất 20 năm nữa mới có thể phát triển máy tính lượng tử thực sự hữu ích—một mốc thời gian dài hơn đáng kể so với những tuyên bố từ các công ty trong ngành.

Mặc dù Microsoft không đưa ra lộ trình cụ thể về thời điểm con chip Majorana 1 có thể được mở rộng để tạo ra một cỗ máy lượng tử mạnh hơn các hệ thống hiện nay, nhưng trong một bài đăng trên blog, công ty khẳng định rằng viễn cảnh này sẽ đến “trong nhiều năm, nhưng không phải nhiều thập kỷ.”

Phó Chủ tịch điều hành Microsoft, Jason Zander, người chịu trách nhiệm giám sát các chiến lược công nghệ dài hạn của công ty, mô tả dự án Majorana 1 là một chiến lược “rủi ro cao, phần thưởng lớn”. Con chip này được chế tạo tại phòng thí nghiệm của Microsoft ở Washington (Mỹ) và Đan Mạch, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công cuộc hiện thực hóa máy tính lượng tử.

"Phần khó nhất là giải quyết vấn đề vật lý. Không có sách giáo khoa nào cho việc này, và chúng tôi phải tự mình phát minh ra nó," ông Zander chia sẻ trong một cuộc phỏng vấn với Reuters. "Chúng tôi thực sự đã phát triển khả năng tạo ra thứ này, từng nguyên tử một, từng lớp một."

Giáo sư vật lý Philip Kim từ Đại học Harvard, người không tham gia vào nghiên cứu của Microsoft, nhận định rằng fermion Majorana đã là một chủ đề nóng trong giới vật lý suốt nhiều thập kỷ. Ông đánh giá công trình của Microsoft là một "sự phát triển thú vị", đưa công ty lên vị trí tiên phong trong nghiên cứu lượng tử.

Ông Kim cũng nhận xét rằng việc Microsoft kết hợp chất bán dẫn truyền thống với chất siêu dẫn lạ là một hướng đi tiềm năng để phát triển các con chip có thể được mở rộng thành hệ thống mạnh mẽ hơn.

"Mặc dù chưa có bằng chứng cụ thể nào cho thấy những con chip này có thể mở rộng quy mô thành công, nhưng những gì họ đang làm thực sự rất ấn tượng," GS. Kim cho biết.

Đột phá trong công nghệ

Microsoft đã đặt cược vào các hạt Majorana sau khi xác định rằng đây là con đường tối ưu để vượt qua những trở ngại trong việc xây dựng một máy tính lượng tử thực tiễn. Trong khi các bit trong máy tính truyền thống chỉ biểu diễn giá trị 0 hoặc 1, qubit có thể tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái, giúp nâng cao đáng kể hiệu suất tính toán.

Tuy nhiên, đa số qubit hiện nay chỉ có thể duy trì trạng thái lượng tử trong một khoảng thời gian rất ngắn, khiến dữ liệu lưu trữ dễ dàng bị mất. Điều này buộc các hệ thống máy tính lượng tử phải sử dụng thêm qubit bổ sung để thực hiện các thuật toán sửa lỗi.

So với các công nghệ hiện có, qubit tôpô do Microsoft phát triển bằng cách sử dụng hạt Majorana được đánh giá có khả năng chống lỗi tốt hơn. Theo giáo sư vật lý Sankar Das Sarma từ Đại học Maryland, thông tin trên qubit tôpô được lưu trữ trên toàn bộ hệ thống, thay vì chỉ tập trung vào một phần cụ thể. Nhờ đó, ngay cả khi một số phần tử gặp lỗi, qubit vẫn có thể duy trì đủ dữ liệu để tiếp tục hoạt động.

Phó chủ tịch điều hành Microsoft - ông Jason Zander, cho biết mức độ ổn định cao hơn của qubit tôpô đồng nghĩa với việc công ty chỉ cần khoảng 100 qubit bổ sung để sửa lỗi cho mỗi qubit hoạt động hoàn chỉnh – con số này thấp hơn đáng kể so với các phương pháp khác, chỉ bằng một phần mười so với yêu cầu của những công nghệ qubit truyền thống.

Dữ liệu mới nhất mà Microsoft công bố, trong đó có nghiên cứu đăng tải trên Nature vào thứ Tư, được xem là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển qubit tôpô khả thi. Tuy nhiên, theo giáo sư Das Sarma, vẫn tồn tại một khả năng nhỏ rằng những kết quả này có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố chưa được xác định, thay vì xuất phát từ việc khai thác thành công hạt Majorana.

Tham khảo Financial Times, Reuters

>> Loại công nghệ mới được coi như 'quả bom hẹn giờ' với Bitcoin, có thể thổi bay 3.000 tỷ USD của thị trường tiền số