Một cách ngắn gọn, điện toán lượng tử (Quantum computing) là một trong các phương pháp xử lý thông tin một cách nhanh chóng trong tương lai. Theo đó người ta sẽ sử dụng những nguyên lý của cơ học lượng tử để thực hiện các phép tính phức tạp trong một khoảng thời gian ngắn do nhiều siêu máy tính nhanh nhất trên thế giới thực hiện.
Trong khi đa số quần chúng còn chưa hiểu lắm về máy tính lượng tử, các nhà khoa học tại Đại học Oxford vừa công bố một thành tựu đáng kinh ngạc trong lĩnh vực này: họ đã dịch chuyển lượng tử thành công, nối kết hai bộ xử lý lượng tử riêng biệt để cùng chạy một thuật toán, mở ra cánh cửa cho một kỷ nguyên mới của siêu máy tính lượng tử.
Thành tựu này, được đăng tải trên tạp chí Nature, mô tả việc liên kết hai bộ xử lý lượng tử cách nhau gần hai mét thông qua một “giao diện mạng photon”. Đây không phải là lần đầu tiên dịch chuyển lượng tử được thực hiện. Trước đây, các nghiên cứu đã chứng minh khả năng truyền tải trạng thái của qubit – đơn vị thông tin lượng tử – giữa các hệ thống vật lý tách biệt. Tuy nhiên, điểm đột phá lần này nằm ở việc ứng dụng dịch chuyển lượng tử để tạo ra sự tương tác giữa các hệ thống này, cho phép thực hiện các cổng logic lượng tử – nền tảng của điện toán lượng tử – giữa các qubit nằm trong các máy tính lượng tử khác nhau.
Hãy tưởng tượng, thay vì phải tích hợp tất cả các qubit vào một hệ thống duy nhất, giờ đây chúng ta có thể “nối dây” các bộ xử lý lượng tử riêng biệt thành một siêu máy tính lượng tử khổng lồ. Điều này giống như việc liên kết nhiều máy tính cổ điển để tạo ra một siêu máy tính vậy. Dougal Main, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Oxford và là người dẫn đầu nhóm nghiên cứu, giải thích rằng bằng cách “điều chỉnh cẩn thận các tương tác này,” họ đã tạo ra các cổng logic lượng tử giữa các qubit đặt tại các máy tính lượng tử riêng biệt.
Vậy tại sao đây lại là một bước tiến quan trọng? Một trong những thách thức lớn nhất trong việc xây dựng máy tính lượng tử mạnh mẽ nằm ở việc duy trì trạng thái ổn định của qubit và giảm thiểu nhiễu từ môi trường bên ngoài. Số lượng qubit càng lớn, thách thức này càng trở nên khó khăn. Việc sử dụng ánh sáng để truyền dữ liệu, thay vì tín hiệu điện, được kỳ vọng sẽ giúp vượt qua rào cản này. Giáo sư David Lucas, điều tra viên chính của dự án, khẳng định: “Thí nghiệm của chúng tôi chứng minh rằng xử lý thông tin lượng tử phân tán qua mạng là hoàn toàn khả thi với công nghệ hiện tại.”
Hơn nữa, phương pháp này còn mang lại tính linh hoạt cho hệ thống. Việc nâng cấp hoặc thay thế các module riêng lẻ có thể được thực hiện mà không ảnh hưởng đến toàn bộ kiến trúc. Ông Main cho biết: “Bằng cách kết nối các module bằng liên kết photon, hệ thống có được sự linh hoạt quý giá, cho phép nâng cấp hoặc hoán đổi các module mà không làm gián đoạn toàn bộ kiến trúc.”
Mặc dù vậy, con đường đến với siêu máy tính lượng tử vẫn còn nhiều chông gai. Việc mở rộng quy mô máy tính lượng tử vẫn là một thách thức kỹ thuật đáng gờm, đòi hỏi những hiểu biết sâu sắc hơn về vật lý cũng như nỗ lực kỹ thuật không ngừng trong những năm tới. Ngoài ra, việc biến máy tính lượng tử thành công cụ hữu ích, có khả năng giải quyết các bài toán thực tế, vẫn là một bài toán nan giải.
Tuy nhiên, thành tựu này đã đặt nền móng cho một “internet lượng tử” – một mạng lưới các bộ xử lý siêu bảo mật phân tán. Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng một ngày nào đó, hệ thống máy tính lượng tử sẽ có thể thực hiện những phép tính mà siêu máy tính hiện tại phải mất hàng năm trời chỉ trong vài giờ. Đây thực sự là một bước tiến lớn, mở ra hy vọng cho một tương lai đầy hứa hẹn của công nghệ lượng tử.
https://futurism.com/oxford-scientists-quantum-teleportation-supercomputers
