Trước đây, ở những năm 80 đã từng có 2 nhà vật lý và toán học công bố về thuyết lượng tử trên tạp chí nhưng ít được chú ý. Một thời gian sau, bài viết của họ chính là cơ sở cho nhiều nghiên cứu về điện toán lượng tử. Theo dự báo, trong tương lai, công nghệ lượng tử sẽ được ưa chuộng. Nó sẽ có mặt trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống. Và từ đó, công nghệ lượng tử hỗ trợ con người xử lý dữ liệu, thông tin nhanh chóng và chính xác hơn.
Trước hết, các nhà nghiên cứu cho biết, họ kỳ vọng nhiều ở máy tính lượng tử. Nếu được ra mắt, máy tính mới này sẽ thay thế toàn bộ máy tính truyền thống. Bởi khả năng xử lý thông tin cực nhanh và chính xác. Những khả năng ưu việt của công nghệ lượng tử sẽ được đề cập dưới đây.
Điện toán lượng tử và những điểm cộng đáng kinh ngạc
Với khả năng xử lý nhanh gấp hàng triệu lần máy tính cổ điển, máy tính lượng tử sẽ giúp con người giải quyết một loạt vấn đề. Peter Chapman, CEO của công ty khởi nghiệp lượng tử IonQ, cho biết: “Sự khác biệt giữa máy tính lượng tử và máy tính cổ điển. Thậm chí còn lớn hơn khác biệt giữa máy tính cổ điển và bút, giấy. Bởi vì máy tính lượng tử xử lý thông tin theo cách khác”.
Ở máy tính thông thường, dữ liệu được mã hóa thành số nhị phân (bit) và gán cho 2 giá trị Tắt và Mở. Tương ứng là 0 và 1. Nó chỉ có thể nhận được 1 trong 2 giá trị 0 hoặc 1. Trong khi đó, máy tính lượng tử cho phép các hạt hạ nguyên tử tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái cho phép chúng tồn tại trong khoảng từ 0 tới 1. Hoặc cả hai cùng một lúc. Các bit lượng tử, hay “qubit”.
Do đó có thể xử lý một lượng thông tin nhanh hơn nhiều so với một máy tính bình thường. Tuy nhiên, máy tính lượng tử không được tạo ra để thay thế máy tính cổ điển. Chúng sẽ là những công cụ đặc biệt chỉ được sử dụng để giải quyết các vấn đề phức tạp, nặng về dữ liệu. Đặc biệt là những vấn đề sử dụng máy học, đòi hỏi hệ thống có thể dự đoán và cải thiện theo thời gian.
Máy tính lượng tử sẽ thay thế máy tính truyền thống?
Máy tính lượng tử lần đầu tiên được nhắc đến vào những năm 80 của thế kỷ trước. Bởi nhà toán học Yuri Manin và nhà vật lý học nổi tiếng Richard Feynman. Từ đó đến nay, giấc mơ lượng tử chưa bao giờ tắt bởi những tính chất vật lý lượng tử. Như tính chồng chập và vướng víu lượng tử để thực hiện các phép toán như một lời đảm bảo về sự ra đời của thế hệ công nghệ tính toán, truyền thông đầy tiềm năng trong tương lai. Không còn nghi ngờ gì nữa, thế hệ máy tính, truyền thông tương lai sẽ khác rất xa ngày nay.
Những thách thức mới trong an ninh mạng, bảo mật thông tin, tốc độ xử lý tính toán đã đặt ra những cơ hội chưa từng có để phát triển các kỹ thuật mới trong truyền thông, xử lý các bài toán phức tạp. Đó là truyền thông và tính toán lượng tử. Công nghệ lượng tử được xem là chìa khóa để giải quyết tất cả những hạn chế mà máy tính ngày nay đang phải đối mặt. Lĩnh vực khoa học lượng tử sẽ thống trị các lĩnh vực. Như máy tính, trí tuệ nhân tạo, an ninh thông tin…
Khả năng bảo mật thông tin tuyệt đối
Các mối đe dọa hiện hữu từ các cuộc tấn công mạng đang buộc các chính phủ, quân đội và doanh nghiệp tìm kiếm những cách truyền thông tin an toàn hơn. Các cường quốc, các phòng thí nghiệm hàng đầu thế giới, các tập đoàn công nghệ toàn cầu. Như IBM, Microsoft, Alphabet… đang đầu tư các nguồn lực để phát triển kỹ thuật truyền thông lượng tử. Ở châu Á, Trung Quốc là quốc gia tiên phong đầu tư xây dựng Phòng thí nghiệm quốc gia về khoa học thông tin lượng tử có trị giá 10 tỷ USD. Dự kiến năm 2020 sẽ đi vào hoạt động.
Điện toán lượng tử sẽ được ứng dụng vào nhiều ngành công nghiệp
Từ một thí nghiệm nghiên cứu cơ bản, điện toán lượng tử nay đã phát triển thành một công cụ nắm giữ tương lai của nhiều ngành công nghiệp. Chẳng hạn trong y học, máy tính lượng tử có thể xác định trình tự DNA nhanh chóng. Từ đó mở ra khả năng bào chế thuốc đặc thù cho từng cá nhân. Các chuyên gia dự đoán điện toán lượng tử sẽ giúp con người giải mã nhiều bí ẩn về sinh học và quá trình tiến hóa. Chữa bệnh ung thư và thậm chí thực hiện các bước để đảo ngược biến đổi khí hậu. Thị trường điện toán lượng tử được dự báo sẽ đạt giá trị 64,98 tỷ USD vào năm 2030. So với chỉ 507,1 triệu USD vào năm 2019.
Nền tảng điện toán đám mây
Một số công ty công nghệ lớn đang đầu tư rất nhiều nguồn lực vào lĩnh vực này. Microsoft, Google và Amazon hiện sở hữu các nền tảng điện toán đám mây hỗ trợ công cụ lượng tử. Ngoài ra, AT&T đã hợp tác với Viện Công nghệ California để thành lập Liên minh Công nghệ lượng tử (AQT). Với mục tiêu tập hợp sức mạnh của “các ngành công nghiệp, chính phủ và giới học thuật. Từ đó nhằm tăng tốc phát triển công nghệ lượng tử và các ứng dụng thực tế”. Trong khi đó, công ty khởi nghiệp chuyên về công nghệ lượng tử D-Wave đã thu hút được 199,69 triệu USD từ nhiều nhà đầu tư.
Một trong những mục tiêu chính mà nhiều công ty đang phấn đấu đạt được là uy quyền lượng tử (quantum supremacy). Khi đạt đến khả năng này. Máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề phức tạp trong thời gian ngắn hơn đáng kể. So với máy tính cổ điển thông thường. Vào tháng 10/2019, Google đã tuyên bố xây dựng thành công máy tính lượng tử Sycamore. Và đạt được uy quyền lượng tử. Tuy nhiên, nhiều chuyên gia vẫn nghi ngờ về khả năng thực sự của cỗ máy này.
Cần có thời gian để ứng dụng
Giám đốc mảng phần cứng lượng tử của Intel, ông Jim Clarke, cho rằng uy quyền lượng tử không nên là mục đích phát triển ở hiện tại. Mục tiêu thực sự phải là tính thực tiễn. Khi máy tính lượng tử có thể làm điều gì đó thay đổi cuộc sống. Trên thực tế, dù máy tính lượng tử đã bắt đầu hoàn thành các nhiệm vụ cơ bản, các nhà nghiên cứu vẫn chưa thể đạt tới mục đích. Đó là ngưỡng thay đổi cuộc chơi nhờ công nghệ này.
Nhà phân tích Chirag Dekate của công ty nghiên cứu Gartner cho biết: “Tính toán lượng tử sẽ mất từ 5 đến 10 năm nữa mới có thể thực sự mang lại bất kỳ loại giá trị có ý nghĩa nào. Bởi vẫn còn rất nhiều vấn đề cần giải quyết xung quanh đặc tính vật lý của tính toán lượng tử. Chẳng hạn như ổn định các qubit trong hệ thống”.
Tuy nhiên, nhà phân tích Brian Hopkins của Forrester lại cho rằng. Đến khi tính toán lượng tử thành công, khả năng ứng dụng của là gần như vô hạn. Do vậy bây giờ là thời điểm đầu tư hoàn hảo vào lĩnh vực này. “Đó là lý do tại sao các công ty đang đầu tư vào tính toán lượng tử. Họ biết khi nào nó sẽ hữu ích. Và nó sẽ tác động thế nào đến ngành công nghệ tương lai”, Hopkins nói.