Máy tính, đơn giản như chúng có vẻ, khả năng và tốc độ của chúng để hiệu chỉnh các vấn đề và phương trình là điều mà bộ não con người không thể đạt được. Một máy tính, như người ta có thể nghĩ, không chỉ là một phương tiện cung cấp cho bạn một loạt các ứng dụng, mà đơn giản, nó là một máy tính. Bạn đưa ra lệnh cho máy tính, nó sẽ cung cấp lệnh đó trong đơn vị xử lý. Sau đó được tải, xử lý và hiệu chỉnh trước khi mang lại cho bạn kết quả mong muốn. Mặc dù máy tính chắc chắn chạy theo lệnh của con người, nhưng khả năng xử lý lệnh và hiệu chỉnh lệnh mà không có khả năng xảy ra lỗi thủ công là điều khiến máy hoạt động hiệu quả hơn chúng ta. Trong khi máy tính cổ điển đã tiếp tục giúp chúng ta tính toán trong đời thực trong một thời gian dài, nhu cầu về tiến bộ công nghệ và xây dựng một xã hội thế giới dựa trên công nghệ, đã đặt ra yêu cầu về các giải pháp tiên tiến hơn cho các vấn đề tính toán của chúng ta trong các lĩnh vực chuyên môn khác nhau. Và vì những vấn đề này quá khó đối với một máy tính cổ điển để hiệu chỉnh, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang tính toán lượng tử.
Nhà sản xuất hệ thống máy tính của Mỹ IBM gần đây đã công bố thứ mà họ tuyên bố là “máy tính lượng tử tích hợp đầu tiên trên thế giới”, được gọi là IBM Q System One. Hệ thống Q là gì? IBM có gì liên quan đến điều này? Điều này có thể có ý nghĩa gì đối với tương lai của các hệ thống máy tính? Hãy bắt đầu, “từng chút một”.
Tính toán lượng tử trong sơ lược
Vì vậy, tất cả các bạn đã học số nhị phân ở trường, phải không? Ngôn ngữ mà máy tính hiểu? Rung chuông nào? Máy tính cổ điển không chấp nhận hoặc không hiểu một lệnh viết bằng chữ. Bất cứ điều gì bạn làm trên máy tính đều được lưu trữ trong bộ nhớ của nó dưới dạng một phần thông tin dưới dạng các đơn vị nhị phân, chỉ bao gồm 0s và 1s. Vì vậy, một máy tính cổ điển thực hiện tất cả các phép tính trong hệ nhị phân. Vì một đơn vị nhị phân có thể là 0 hoặc 1, phạm vi tính toán phức tạp mà máy tính có thể xử lý hoặc chấp nhận cũng bị hạn chế. Luôn có những điểm chuẩn mà máy tính không thể đạt được do các hạn chế của thuật toán để xử lý và lưu trữ thông tin trên một giới hạn và độ phức tạp cụ thể.
Đó là nơi mà điện toán lượng tử ra đời. Tính toán lượng tử hoạt động dựa trên các quy luật của cơ học lượng tử, nơi khoa học được nghiên cứu về các vấn đề hạt có kích thước và quy mô nhỏ hơn nhiều, trên thực tế, nhỏ hơn nguyên tử. Những hạt như vậy được gọi là hạt hạ nguyên tử hay hạt lượng tử. Bây giờ, hãy xem xét rằng các hạt hạ nguyên tử này là các bit máy tính. Trong tính toán lượng tử, thông tin mà máy tính nhận được có thể được xử lý sâu hơn thành các bit phức tạp hơn và nhỏ hơn.
Điều này có thể được thực hiện bởi một hiện tượng gọi là rối lượng tử; chồng các bit nhị phân lên nhau để tạo thành các bit thông tin được kết nối, ghép nối hoặc nhóm. Các bit được ghép nối có xu hướng xử lý thông tin phức tạp và phức tạp hơn để hiệu chuẩn, vì chúng có thể tồn tại ở nhiều trạng thái đơn lẻ, không giống như các dạng nhị phân. Các bit này, quấn vào nhau, phụ thuộc vào các thuộc tính của nhau được gọi là qubit.
Tính toán lượng tử về cơ bản đưa việc nghiên cứu máy tính ở quy mô nhỏ hơn. Một cặp bit nhị phân 0 và 1 ở trạng thái lượng tử có thể tạo thành bốn trạng thái thể hiện nếu được xếp chồng lên nhau. Tương tự, ba qubit 0 và 1 có thể được ghép nối ở tám trạng thái khác nhau. Bây giờ hãy tưởng tượng hàng trăm người trong số họ; nó sẽ cung cấp cho bạn các cặp trạng thái vượt quá số lượng hạt trong vũ trụ. Đó là mức độ của tính toán lượng tử.
Máy tính lượng tử có thể cung cấp cho chúng tôi những gì?
Chúng tôi luôn nghe thấy một số dự báo về thị phần, thể thao, kinh tế thế giới hoặc quốc gia, nghiên cứu y tế và thời tiết. Những dự báo này định hướng các quyết định trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta và định hình một phần lớn tương lai của chúng ta. Nhưng, chúng ta lấy những dự báo này ở đâu? Tính toán. Phần mềm và máy tính chạy dữ liệu đến và thông tin về các thuật toán toán học để xác định hoặc ước tính tương lai của lĩnh vực cụ thể đó sẽ như thế nào.
Dữ liệu từ các dòng hải lưu xác định thời tiết chúng ta có thể mong đợi vào ngày mai. MRI trong bệnh viện cho phép bác sĩ tìm ra phương pháp điều trị tốt nhất cho bệnh nhân. Các quyết định hiện tại của các tập đoàn kinh doanh cho phép các nhà phân tích tài chính thao túng biểu đồ cổ phiếu và thay đổi hình dạng nền kinh tế ngày mai. Tuy nhiên, vẫn còn một số vấn đề tính toán phức tạp vượt xa sự hiểu biết của bất kỳ máy tính cổ điển hay sức mạnh não bộ nào trên Trái đất. Điện toán lượng tử có thể là một bản nâng cấp cao cấp cho những gì chúng ta biết về phân tích tính toán. Tình trạng thời tiết và tài chính sẽ có sẵn sớm hơn chúng ta phải đối mặt với hậu quả của chúng.
Các bác sĩ và bác sĩ phẫu thuật sẽ có thể tạo ra những khám phá mới và thay đổi cách quản lý thuốc mãi mãi. Chúng tôi có thể tối ưu hóa tất cả các nguồn lực và loại bỏ hoàn toàn chất thải; các lỗi thủ công trong tính toán và thuật toán sẽ không còn tồn tại; và hơn thế nữa, chúng ta có thể giải mã sự xuất hiện của tự nhiên và hiện tượng của nó, vì bản thân tự nhiên chạy trên các đặc tính của các hạt hạ nguyên tử.
Tại sao các nhà sản xuất máy tính lại mạo hiểm tham gia vào lĩnh vực máy tính lượng tử?
Một lý do có thể là do cuộc chạy đua thiết lập độc quyền và thống trị công nghệ của thế giới. Trong xã hội phụ thuộc vào công nghệ mà chúng ta đang sống, chúng ta đã cung cấp rất nhiều thông tin cá nhân về bản thân cho các tập đoàn công nghệ hàng đầu và các dự án công nghệ do nhà nước tài trợ. Người điều hành một công nghệ như vậy thực tế thống trị thế giới. Điện toán lượng tử là công nghệ lớn tiếp theo trong số các công nghệ tương lai sau Trí tuệ nhân tạo. Công ty cung cấp phân tích và tính toán lượng tử tốt nhất sẽ có quyền truy cập vào tất cả các loại dữ liệu công ty, chính phủ và cá nhân liên quan đến các lĩnh vực công việc khác nhau. Bất kỳ ai sở hữu thông tin đó sẽ có quyền đưa ra quyết định tốt nhất cho chính mình và sẽ luôn đứng đầu cho dù thế nào đi nữa.
Khác có thể là để kiếm tiền. Không phải mọi công ty đều cung cấp dịch vụ tính toán lượng tử cho mục đích thương mại và doanh nghiệp, và chưa đến một số ít trong số họ đã đạt đến giai đoạn mà họ thực sự có thể thực hiện tính toán lượng tử thử nghiệm. Vì vậy, nếu ai đó có thể phát triển một dự án như vậy, chắc chắn sẽ chào đón các nhà đầu tư và những người có tiền khác. Một lý do khác có thể là nghiên cứu về sự song song và vi phạm các giới hạn của không gian bên ngoài. Có vẻ như tầm nhìn của một nhà khoa học điên rồ nào đó nhưng nếu về mặt lý thuyết, qubit và lý thuyết của cơ học lượng tử có thể có khả năng tìm hiểu và giải quyết các khái niệm về không gian bên ngoài mà các nhà nghiên cứu vũ trụ và phần còn lại của thế giới chưa biết.
Động cơ có thể là vô tận, nhưng chiến thắng về mặt này không phải là một trò chơi và mọi người chơi đang cố gắng giải quyết tính toán lượng tử cần phải rất cụ thể về những gì họ muốn từ nghiên cứu và thành tựu công nghệ này.
IBM và nghiên cứu của nó trong lĩnh vực điện toán lượng tử
Dự án đầu tiên của IBM trong lĩnh vực điện toán lượng tử là vào năm 2016 khi công ty này ra mắt IBM Initiative Q, một sáng kiến cấp ngành nhằm cải thiện khả năng phân tích tính toán của các tập đoàn khác nhau trong lĩnh vực kinh doanh và khoa học. IBM Q được bắt đầu với mục đích đạt được sự tối ưu hóa tài nguyên bằng cách chẩn đoán và phân tích không có lỗi và đặt ra các tiêu chuẩn mới cho việc học máy. Sáng kiến này tập trung vào việc cải thiện các quyết định tài chính và nâng cấp kỹ thuật quản lý rủi ro ở cấp doanh nghiệp. Nó sớm chuyển mình thành một chi nhánh cung cấp dịch vụ điện toán lượng tử đang hoạt động của IBM, cho phép truy cập mạng của mình tới các doanh nghiệp qua đám mây. Với mục tiêu thay đổi cách thức kinh doanh diễn ra ngày nay, IBM Q tích cực hỗ trợ các tổ chức và cơ sở giáo dục khác nhau thúc đẩy tính toán lượng tử và hiện là người ủng hộ chính cho việc học máy và phân tích tính toán trên thế giới.
IBM Q System One:Sự xâm nhập mạnh mẽ của IBM vào lĩnh vực kinh doanh máy tính lượng tử
Vào tháng 1 năm 2019, IBM lần đầu tiên thông báo rằng IBM Q System One mới của họ sẽ sớm có sẵn để sử dụng tính toán cho các doanh nghiệp và cuối cùng nó đã được công bố trong tháng này, thu hút nhiều nhà nghiên cứu công nghệ và chuyên gia về cơ học lượng tử. System One là một bản nâng cấp lớn cho Q ban đầu, cung cấp các dịch vụ phân tích lên đến 5 qubit thông tin. Hệ thống mới sẽ có khả năng cung cấp các dịch vụ phân tích lên đến 20 qubit. Trong toán học đơn giản, nó có thể tính toán các bài toán phức tạp gấp 5 lần so với các bài toán tiền nhiệm. Công ty mới nhất trong lĩnh vực điện toán lượng tử đã có các tập đoàn như CERN và Fermilab là khách hàng tiềm năng đã đăng ký sử dụng dịch vụ của nó qua đám mây. Hệ thống mới được thiết kế có khả năng thiết lập lại với tốc độ nhanh hơn so với hệ thống tiền nhiệm của nó và nếu bộ điều nhiệt của nó được duy trì đúng cách, nó có thể đưa ra các giải pháp khá khả thi cho các vấn đề của doanh nghiệp.
IBM Q System One có phải là bước nhảy vọt trong lĩnh vực điện toán lượng tử không?
Trong khi tung ra nó, IBM đã tuyên bố System One là máy tính lượng tử “tích hợp đầy đủ đầu tiên trên thế giới”, có thể thay đổi tiến trình của nền kinh tế tài chính và phân tích khoa học trong tương lai gần. IBM tuyên bố rằng Hệ thống Một có thể mở ra cánh cửa nghiên cứu dẫn đến tất cả các loại khám phá khoa học và đạt được các mục tiêu cao về tối ưu hóa tài nguyên và lập kế hoạch doanh nghiệp. Tuy nhiên, tuyên bố đó sẽ cần nhiều cuộc thảo luận trước khi chúng tôi có thể đưa ra phán quyết cuối cùng về khả năng của phát minh mới nhất của IBM. Tính toán lượng tử phụ thuộc vào các quy luật của cơ học lượng tử và rối lượng tử. Những định luật này chưa bao giờ được chứng minh trong thực nghiệm một cách thực sự, ngay cả sau khi nghiên cứu sâu rộng từ những nhà khoa học như Einstein và Schrodinger. Nhiều lý thuyết khác nhau vẫn bỏ qua nhiều khái niệm về cơ học lượng tử và do đó, IBM không thể giải quyết tất cả bằng System One. Thứ hai, mặc dù IBM tuyên bố họ sẽ thay đổi quy trình phân tích tính toán thương mại bằng quy trình này, nhưng đơn giản là quá phức tạp để đạt được điều đó. Máy tính lượng tử mới chỉ tạo ra kết quả thử nghiệm và Hệ thống Một cũng sẽ làm như vậy. Việc triển khai chúng trong các tình huống công nghiệp thực tế có thực sự khả thi hay không là một vấn đề cần phân tích và lý thuyết lâu dài.
Những gì chúng ta có thể nói về Hệ thống Một là nó chắc chắn sẽ là một chuẩn mực trong lĩnh vực nghiên cứu về tính toán lượng tử, và kết quả thử nghiệm của nó sẽ mở ra những ý tưởng mới để khám phá các khả năng mới của chính tính toán lượng tử. Thay vì là một người giải quyết vấn đề, System One có nhiều khả năng hoạt động như một nhà nghiên cứu sẽ giúp chúng tôi phát triển thêm các công cụ và kỹ thuật phân tích lượng tử và tiến lên để đạt được thành công tối ưu hóa tài nguyên, phân tích rủi ro và chẩn đoán bệnh thông qua tính toán lượng tử.
Tại sao IBM Q System One có thể không phải là cỗ máy tối ưu?
Bởi vì việc duy trì một chiếc máy như thế với công nghệ chúng ta bảo quản ngày nay là một vấn đề hết sức tế nhị, cẩn thận và giám sát tích cực. Một máy tính lượng tử được yêu cầu phải được giữ ở nhiệt độ đóng băng dưới -100 độ C. Tại sao? Bởi vì các hạt lượng tử bị bóp méo bởi ngay cả những dao động nhỏ nhất và được yêu cầu phân tích ở trạng thái gần như đứng yên. Vì Hệ thống một chỉ mới ra mắt để sử dụng cho mục đích thương mại, chúng tôi không biết khả năng của nó như thế nào để duy trì bản thân khỏi những biến dạng như vậy. Hơn nữa, IBM ít có khả năng đầu tư tất cả vào một cỗ máy lượng tử thử nghiệm, có nghĩa là, hãng chắc chắn có những kế hoạch khác với nó. Sau đó, câu hỏi lớn tiếp theo là độ tin cậy. Nếu không có thử nghiệm thích hợp, ngay cả IBM cũng không thể khẳng định nó đáng tin cậy hàng trăm% để sử dụng cho mục đích thương mại. Đây là lý do tại sao việc sử dụng sớm Hệ thống một sẽ chỉ là thử nghiệm, không có bất kỳ nghĩa vụ nào từ IBM đối với các tập đoàn ký kết về độ tin cậy của kết quả.
Máy tính lượng tử có phải là một bước tiến tốt cho tương lai tài chính của IBM không?
Theo một ý kiến trung thực, đối với một công ty hơn 100 năm tuổi, tương lai tài chính sẽ không phải là mối quan tâm hàng đầu trước khi nó mạo hiểm vào một thứ gì đó. IBM đã phát triển IBM Q System One không chỉ một mình mà với sự giúp đỡ của các nhà nghiên cứu, chuyên gia kiến trúc và nhà thiết kế từ tất cả các tổ chức quốc tế. Nếu nó đã làm được điều đó, nó chắc chắn nhận thức được những gì nó đang làm và những gì nó cần phải làm với tương lai tiềm năng của IBM Q System One. IBM biết tính toán lượng tử và việc thương mại hóa các dịch vụ như vậy trong tương lai có thể tự mang lại những gì. Công ty gần đây đã thất bại trong việc thu hút doanh số bán hàng thông qua các sản phẩm và dịch vụ công nghệ thịnh hành như công nghệ di động và dịch vụ web. Giữa tất cả những điều này, việc đầu tư nghiên cứu, kiến thức, quỹ và cổ phần trong tương lai vào một công nghệ thử nghiệm không thể là một thử nghiệm và sai lầm đối với IBM. IBM đã kiếm được hàng triệu hoặc đúng hơn là hàng tỷ tỷ trong các giao dịch thương mại và máy tính lượng tử với tiềm năng tích hợp trí tuệ nhân tạo có thể thay đổi hướng đi cho các chiến thuật kiếm lợi nhuận của IBM.
Có bất kỳ rủi ro nào liên quan không?
Khi một người giải quyết công nghệ được hỗ trợ như vậy, có những hậu quả cần được xem xét. Như đã thảo luận, việc chuyển đổi thành công từ máy tính lượng tử thử nghiệm sang có thể triển khai sẽ mang lại cho IBM độc quyền so với các tập đoàn khác và sẽ đưa nó vào vòng trong của các doanh nghiệp lớn và có thể là cuộc sống cá nhân của chúng ta. Hơn nữa, trong trường hợp tích hợp AI, việc gửi một lượng lớn dữ liệu như vậy cho một cỗ máy tự học và tự phân tích không chỉ là rủi ro mà còn là vấn đề nguy hiểm có thể xảy ra. Ngoài ra, máy tính lượng tử có thể có khả năng vi phạm các kỹ thuật mật mã, có thể được sử dụng để ngăn chặn các cuộc tấn công mạng và cung cấp thông tin liên lạc an toàn. Tuy nhiên, nếu được sử dụng ngược lại, nó có thể được sử dụng để vi phạm các tệp được mã hóa của các cơ quan chính phủ và nghiên cứu của công ty. Vì vậy, nếu IBM thành công, chúng tôi không bao giờ biết mình mất gì khi giả vờ đạt được thành tựu khoa học và doanh nghiệp.
Còn quá sớm để nói IBM có thể làm gì với Q System One, nhưng người ta phải ghi nhớ sức mạnh công nghệ như vậy có thể mang lại những hậu quả gì cùng với sự thành công và tiến bộ. Hơn nữa, sẽ mất thêm một khoảng thời gian để loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng các máy tính cổ điển để phân tích tính toán vì không phải doanh nghiệp nào cũng có thể lựa chọn các dịch vụ điện toán lượng tử. Hiện tại, IBM có thể trở thành tập đoàn đầu tiên duy trì hoạt động kinh doanh máy tính lượng tử có lãi. Liệu các thử nghiệm của Q System One sẽ mở ra cánh cửa năng suất mới hay sẽ mang đến rủi ro về sự bùng nổ cuối cùng của trí tuệ máy móc và công nghệ?