Máy tính lượng tử kiểu mới

Thực ra, không phải tới giờ khái niệm máy tính lượng tử mới được nêu ra. Cách đây nhiều năm, Cơ quan tình báo dự án nghiên cứu cao cấp của Mỹ (IARPA) đã quan tâm tới máy tính lượng tử, dù rằng mục đích ban đầu chỉ là để phá mật mã. Thông thường, việc giải mã cần phải có một hệ thống điện toán khổng lồ, chủ yếu là các siêu máy tính cực mạnh. Với khả năng tính toán và xử lý ở mức siêu đẳng, máy tính lượng tử đang được coi là giải pháp cho những công việc hao tổn “sức người, sức máy” như hiện nay.

Cho tới nay, những thành phần cơ bản của máy tính lượng tử đều dựa trên dạng bit lượng tử nhị phân, hay còn gọi là “qubit”. Kỹ thuật này sẽ mã hóa 2 trạng thái trong vòng quay của nguyên tử - đó là hạt electron và proton. Các hạt này có khả năng tồn tại cùng lúc ở nhiều trạng thái lượng tử khác nhau. Đặc tính này giúp máy tính lượng tử có thể xử lý đồng thời nhiều công việc một cách hiệu quả.

Giáo sư Matthew Neeley và các đồng nghiệp trong nhóm nghiên cứu tại Đại học California (Mỹ) khẳng định rằng còn một khả năng nữa để phát triển máy tính lượng tử, đó là sử dụng hệ “tam phân”. Điều này có nghĩa là các thành phần cơ bản của máy tính lượng tử sẽ được biểu diễn ở 3 trạng thái (gọi là “trit”) có thể chuyển đổi cho nhau. Một đơn vị “trit” sẽ chứa đựng thông tin nhiều hơn đơn vị “bit” truyền thống. Thậm chí, Giáo sư Neeley và nhóm của ông còn đang nghiên cứu và phát triển một hệ thống máy tính lượng tử có 5 trạng thái cơ bản (qudit). Bằng việc bắn các hạt proton sóng ngắn có 5 tần số khác nhau vào mạch bán dẫn, các trạng thái lưu trữ thông tin sẽ được tăng lên gấp nhiều lần so với phương pháp truyền thống. Giáo sư Neeley còn cho biết nhóm của ông đã phát triển được một kỹ thuật đo đạc lượng tử, cho phép phân biệt các cấp độ trạng thái này.

Vậy là từ mục đích ban đầu của IARPA, nay máy tính lượng tử được kỳ vọng sẽ giúp các nhà khoa học khám phá thế giới tự nhiên như nghiên cứu biến đổi khí hậu, giải mã gien người và các loài động thực vật cùng các công việc đòi hỏi khả năng tính toán ở mức cực lớn.

Tuy nhiên, hướng đi mới của Giáo sư Neeley và đồng nghiệp cũng không hề dễ dàng. Mặc dù khả năng mạnh nhất của điện toán lượng tử vẫn là mã hóa, song theo Giáo sư Jonathan Home ở Viện Chuẩn Công nghệ quốc gia Mỹ, hệ thống lượng tử hoạt động rất nhạy cảm, chỉ cần một xâm nhập nhỏ là cả hệ thống xáo trộn, khiến bất cứ hành vi thay đổi trái phép nào cũng có thể thất bại.

Dù còn nhiều khó khăn, song phát triển máy tính lượng tử kiểu mới vẫn là một bước đột phá. Bản thân Giáo sư Jonathan Home và đồng nghiệp cũng đang thiết kế một hệ thống máy tính lượng tử cho phép các bit lượng tử nhị phân có thể giao tiếp và trao đổi thông tin qua lại với nhau.     

Gia Vũ (Theo CNET)