Jim Clark, giám đốc phần cứng lượng tử tại Intel, với một trong những bộ xử lý lượng tử của công ty. Hình chụp; Intel
- Máy tính lượng tử là một công nghệ cực kỳ thú vị, hứa hẹn tạo ra khả năng tính toán mạnh mẽ để giải quyết các vấn đề nan giải trước đây.
- Các chuyên gia cho rằng IBM đã dẫn đầu trong lĩnh vực điện toán lượng tử, đó là lý do tại sao Google, Intel, Microsoft và một loạt công ty khởi nghiệp chịu ảnh hưởng của IBM.
- Các nhà đầu tư bị thu hút bởi các công ty khởi nghiệp về điện toán lượng tử, bao gồm IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems và Rigetti, những công ty có thể phá vỡ thị trường.
- Tuy nhiên, có một nhược điểm: máy tính lượng tử hiện đại nhìn chung không mạnh mẽ hoặc đáng tin cậy như siêu máy tính ngày nay và chúng cũng yêu cầu các điều kiện đặc biệt để khởi động và khởi động.
Vào tháng 9, IBM đã gây chú ý khi công bố IBM Q System One, máy tính lượng tử đầu tiên trên thế giới dành cho doanh nghiệp. Thiết bị được đặt trong một hộp kính bóng bẩy với thể tích XNUMX feet khối.
Đây là một cột mốc quan trọng đối với máy tính lượng tử, vốn vẫn đang được đặt trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu. Theo IBM, người mua đang muốn sở hữu công nghệ này, công nghệ hứa hẹn sẽ có nhiều hứa hẹn trong nhiều lĩnh vực: hóa học, khoa học vật liệu, sản xuất thực phẩm, hàng không vũ trụ, phát triển dược phẩm, dự báo thị trường chứng khoán và thậm chí cả biến đổi khí hậu.
Hệ thống Q của IBM Một. Ảnh: IBM
Lý do cho sự phấn khích là máy tính lượng tử có những đặc tính dường như kỳ diệu cho phép nó xử lý nhiều thông tin hơn theo cấp số nhân so với một hệ thống thông thường. Máy tính lượng tử không chỉ là một máy tính rất nhanh; chính xác hơn, nó là một mô hình điện toán hoàn toàn khác đòi hỏi phải suy nghĩ lại một cách triệt để.
Người chiến thắng trong cuộc đua công nghệ sẽ là công ty tận dụng được những cơ hội mà công nghệ này mang lại. IBM, Microsoft, Google và những gã khổng lồ công nghệ khác cũng như các công ty khởi nghiệp đang đặt cược vào công nghệ này.
Business Insider đã hỏi Phó Chủ tịch Hệ sinh thái và Chiến lược IBM Q, Bob Sutor về cách làm cho những hệ thống này có thể tiếp cận được với mọi người: Mọi người sẽ truy cập chúng bằng cách nào? Làm thế nào nhiều người có thể học cách sử dụng máy tính lượng tử để thực hiện nhiệm vụ của mình?
Có rất ít cơ hội sớm nhìn thấy máy tính lượng tử trong văn phòng. Các chuyên gia mà chúng tôi đã nói chuyện tin rằng mặc dù IBM đã có sẵn nhưng phải mất từ 5 đến 10 năm nữa điện toán lượng tử mới thực sự trở thành xu hướng phổ biến. IBM Q System One hiện chỉ được cung cấp dưới dạng dịch vụ điện toán đám mây cho một số khách hàng chọn lọc. Sẽ mất một thời gian trước khi mọi người có thể mua những thứ như thế này và đưa nó vào hoạt động cho mục đích riêng của họ.
Quả thực, các chuyên gia cho rằng máy tính lượng tử có nhiều hứa hẹn nhưng chúng còn lâu mới được sản xuất hàng loạt. Chúng cực kỳ mỏng manh và cần những điều kiện đặc biệt để hoạt động. Hơn nữa, máy tính lượng tử ngày nay không đáng tin cậy hay mạnh mẽ như những máy tính chúng ta hiện có.
Jim Clark, giám đốc phần cứng lượng tử tại Intel, nói với Business Insider: “Chúng tôi tin rằng trong khoảng mười năm nữa, máy tính lượng tử sẽ thay đổi cuộc sống của bạn hoặc của tôi”. — Trên thực tế, hiện tại chúng tôi chỉ mới đi được dặm đầu tiên của cuộc đua marathon. Điều đó không có nghĩa là chúng tôi không quan tâm đến nó."
Máy tính lượng tử là gì?
Bill Gates từng nói rằng toán học đằng sau lượng tử nằm ngoài hiểu biết của ông nhưng không phải ai cũng đồng tình.
Chris Monroe, CEO và đồng sáng lập của IonQ, nói với Business Insider: “Có một chút quan niệm sai lầm rằng vật lý lượng tử là vật lý và nó quá phức tạp”. “Điều khiến nhiều người không thể hiểu được là nó không thể hiểu được, nhưng đối với tôi cũng như đối với bạn.” Nếu một vật nào đó có thể ở trạng thái chồng chất, điều đó có nghĩa là nó có thể ở hai trạng thái cùng một lúc. Thật kỳ lạ vì chúng ta không trải nghiệm điều này trong thế giới thực.”
Các máy tính chúng tôi sử dụng hiển thị dữ liệu dưới dạng chuỗi 1 hoặc 0 được gọi là mã nhị phân. Tuy nhiên, máy tính lượng tử có thể biểu diễn dữ liệu dưới dạng 1, 0 hoặc quan trọng nhất là cả hai số cùng một lúc.
Khi một hệ thống có thể ở nhiều trạng thái cùng một lúc, nó được gọi là “chồng chất”, một trong những tính chất có vẻ kỳ diệu của điện toán lượng tử. Nguyên tắc quan trọng khác ở đây là "sự vướng víu", một tính chất lượng tử cho phép hai hạt chuyển động đồng bộ hoàn hảo, bất kể chúng cách nhau bao xa về mặt vật lý.
Như giải thích trong Scientific American, hai phẩm chất này kết hợp với nhau để tạo ra một máy tính có thể xử lý đồng thời nhiều dữ liệu hơn bất kỳ hệ thống nào trên thị trường hiện nay.
Sức mạnh của máy tính lượng tử được đo bằng qubit, đơn vị đo cơ bản trong máy tính lượng tử. Giống như các máy tính hiện đại có bộ xử lý 32 bit hoặc 64 bit (thước đo lượng dữ liệu chúng có thể xử lý cùng một lúc), máy tính lượng tử có nhiều qubit hơn sẽ có sức mạnh xử lý cao hơn đáng kể.
Bên trong một máy tính lượng tử. Ảnh: IBM
Bầu trời là giới hạn
Tất cả điều này có nghĩa là máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề trước đây bị giới hạn bởi sức mạnh tính toán.
Ví dụ, một máy tính lượng tử có thể giải quyết một cách thô sơ bài toán người bán hàng du lịch nổi tiếng, một bài toán tính toán phức tạp đòi hỏi phải tìm ra con đường ngắn nhất giữa nhiều thành phố trước khi trở về nhà. Nghe có vẻ đơn giản, nhưng nếu bạn nhìn nó một cách toán học, việc tìm ra con đường tối ưu duy nhất sẽ trở nên khó khăn hơn khi bạn thêm nhiều thành phố vào tuyến đường của nó.
Tương tự như vậy, một máy tính lượng tử có thể giải quyết những vấn đề phức tạp nhất, tốn thời gian nhất, sàng lọc lượng lớn dữ liệu tài chính, dược phẩm hoặc khí hậu để tìm ra giải pháp tối ưu. Thật vậy, công ty khởi nghiệp lượng tử D-Wave đã hợp tác với Volkswagen để phân tích các mô hình lái xe và sàng lọc lượng tiếng ồn lớn để đi đến tận cùng của vấn đề.
Tính hữu dụng của nó trong lĩnh vực mật mã sẽ được thảo luận. Một máy tính lượng tử có khả năng làm chủ một phương pháp mã hóa khác với mật mã đã biết trước đó, cho phép nó dễ dàng giải mã ngay cả bí mật quốc gia. Các chính phủ toàn cầu rất quan tâm đến tính năng hữu ích này, trong khi các nhà hoạt động lo ngại rằng sự ra đời của điện toán lượng tử có thể phá hủy quyền riêng tư.
bài toán vật lý
Matthew Briss, phó chủ tịch R&D của Gartner cho biết: “Bởi vì điện toán lượng tử vẫn đang ở giai đoạn đầu nên có rất nhiều thông tin vẫn chưa được chứng minh”. Ông nói: “Nhưng người mua đang tìm kiếm các ứng dụng để xác định lợi thế cạnh tranh của điện toán lượng tử cho hoạt động kinh doanh của họ”.
Bất chấp mọi sự cường điệu, các chuyên gia tin rằng máy tính lượng tử còn lâu mới dẫn đầu như PC vào những năm 1950. Tất nhiên, họ đang lấy đà, nhưng chậm rãi.
Brian Hopkins, phó chủ tịch kiêm nhà phân tích chính tại Forrester, nói với Business Insider: “Điện toán lượng tử có thể được so sánh với một đoàn tàu đang di chuyển chậm”. “Nếu anh ta di chuyển một inch mỗi giây, thì trong một tháng anh ta sẽ vượt qua hai inch mỗi giây.” Chẳng bao lâu nữa anh ấy sẽ bắt đầu di chuyển nhanh hơn."
Vấn đề lớn hiện nay là máy tính lượng tử không thể làm được bất cứ điều gì mà máy tính cổ điển không thể làm được. Ngành công nghiệp đang mong chờ một thời điểm gọi là ưu thế lượng tử, khi máy tính lượng tử sẽ vượt qua những giới hạn hiện tại.
Nhà phân tích Briss cho biết: “Khi khách hàng đến với chúng tôi, điều quan trọng nhất họ nói với chúng tôi là họ không quan tâm đó là mẫu nào miễn là nó hữu ích cho hoạt động kinh doanh của họ”. - Không có mô hình nào có thể vượt trội hơn các thuật toán cổ điển. Chúng tôi thực sự cần đợi cho đến khi phần cứng máy tính lượng tử bắt đầu cải thiện.”
Đồng nghiệp nghiên cứu của IBM, Katie Pooley, đang kiểm tra bộ điều hòa nhiệt độ giúp máy tính lượng tử giữ nhiệt độ ở mức thấp. Ảnh: Andy Aaron, IBM
Vấn đề lớn vẫn là thiếu sức mạnh tính toán. Người ta cho rằng quyền lực tối cao lượng tử sẽ cần một máy tính có công suất 50 qubit. Mặc dù cột mốc này đã đạt được trong phòng thí nghiệm nhưng nó không phải là vĩnh viễn và không thể duy trì được. Thật vậy, qubit có thể vừa có lỗi vừa không ổn định, điều này dẫn đến các vấn đề trong quá trình tạo ra chúng và làm giảm tiềm năng của chúng.
Một yếu tố quan trọng khác là nhiều vật chất hơn. Máy tính lượng tử phải cách ly hoàn toàn với môi trường để hoạt động và yêu cầu nhiệt độ rất thấp. Ngay cả những rung động nhỏ nhất cũng có thể khiến qubit sụp đổ, ném chúng ra khỏi trạng thái chồng chất, giống như một đứa trẻ gõ lên bàn khiến những đồng xu quay tròn rơi xuống bàn.
Các máy tính lượng tử trước đây, chẳng hạn như IBM Q System One, cồng kềnh đến mức các điều kiện cách ly và làm mát cần thiết trở thành một thách thức thực sự. Làm trầm trọng thêm vấn đề này là sự thiếu hụt các thành phần cần thiết: cáp siêu dẫn và tủ lạnh nhiệt độ thấp. Họ đang thiếu trầm trọng.
Cuối cùng, điều này có nghĩa là mặc dù kiến thức ngày càng được cải thiện và công nghệ ngày càng tiến bộ nhưng tính toán lượng tử vẫn chưa khả thi trên thực tế.
Clark của Intel cho biết: “Một trong những thách thức trong nhóm làm việc của tôi là xử lý các vật liệu, silicon, kim loại để chúng tôi có thể tạo ra một môi trường rất đồng nhất”. - Về cơ bản đây là công nghệ bán dẫn tốt nhất. Những công nghệ chúng tôi cần để tạo ra điện toán lượng tử ở quy mô lớn vẫn chưa tồn tại.”
Một vấn đề khác là máy tính lượng tử có tiềm năng không thể phủ nhận trong việc cung cấp sức mạnh tính toán không thể lường trước được. Tuy nhiên, không có nhiều người trên thế giới này thực sự có kinh nghiệm lập trình hoặc vận hành các hệ thống này và những người mua tiềm năng rất muốn tìm ra cách thực sự sử dụng nó.
Cuộc đua lượng tử vĩ đại
Các nhà phân tích cho biết IBM hiện đang dẫn đầu cuộc đua điện toán lượng tử nhờ tính sẵn có thương mại hạn chế của IBM Q System One. Vì được truy cập thông qua đám mây nên IBM có thể duy trì các điều kiện đặc biệt này để giữ cho máy tính lượng tử này hoạt động trong khi vẫn cho phép một số khách hàng chọn lọc sử dụng nó.
Nhà phân tích Briss cho biết: “Tôi nghĩ [máy tính lượng tử của IBM] đang rung chuyển. “Tôi nghĩ rằng điện toán lượng tử như một mô hình dịch vụ là mô hình phù hợp.” Bằng cách cho nó vào thùng chứa và xử lý cụ thể, họ thực sự đang cố gắng cải thiện chất lượng của nó ”.
Sarah Sheldon và Pat Gumann của IBM đang nghiên cứu một tủ lạnh hòa tan để làm mát máy tính lượng tử. Ảnh: IBM
Đồng thời, các nhà phân tích lưu ý rằng bất kỳ người chơi nào trong thị trường này đều có thể có bước đột phá bất cứ lúc nào để giúp họ vượt lên dẫn trước và đây vẫn là một sự cạnh tranh cần thiết.
Các gã khổng lồ CNTT khác nhau tiếp cận vấn đề này theo cách khác nhau. Intel, IBM, Google và công ty khởi nghiệp điện toán lượng tử Rigetti đang xây dựng các hệ thống dựa trên các mạch siêu dẫn, được cung cấp bởi các siêu máy tính hiện đại.
đang thực hiện một cách tiếp cận hoàn toàn khác và có lẽ rủi ro hơn trong việc cố gắng tạo ra một qubit tốt hơn. Qubit tôpô mà Microsoft đang cố gắng tạo ra các mảnh electron để lưu trữ thông tin ở nhiều nơi cùng một lúc, giúp thông tin ổn định hơn và ít bị phá hủy hơn. Nhà phân tích Hopkins cho biết, nó kém mạnh mẽ hơn so với những gì các đối thủ cạnh tranh đang cố gắng xây dựng, nhưng kết quả sẽ là một bước tiến lớn cho toàn bộ lĩnh vực điện toán lượng tử.
Hopkins nói: “Họ đang đánh bạc và nhiều người nghĩ rằng họ sẽ không bao giờ thành công”.
Ở khía cạnh mạo hiểm hơn, các công ty khởi nghiệp như IonQ và D-Wave đang đặt cược vào các công nghệ tiên tiến như bẫy ion và ủ lượng tử. Nói một cách đơn giản, họ đang cố gắng theo nhiều cách khác nhau để đạt được hiệu suất và độ ổn định cao hơn từ mỗi qubit, sử dụng các phương pháp hoàn toàn mới.
Mark Johnson, phó chủ tịch bộ phận thiết kế và phát triển bộ xử lý và sản phẩm lượng tử tại D-Wave, nói với Business Insider: “Điều này cho phép chúng tôi xây dựng một máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề phức tạp và liên tục tiến bộ trong việc đó”.
Một nhà khoa học lượng tử của IBM đi qua Trung tâm Điện toán IBM Q tại Trung tâm Nghiên cứu Thomas J. Watson ở Yorktown Heights, New York. Ảnh: Connie Chu cho IBM
Khởi nghiệp lượng tử
Sự gia tăng của điện toán lượng tử đã làm dấy lên làn sóng quan tâm của nhà đầu tư đối với các công ty khởi nghiệp liên quan. Robert Sutor của IBM ước tính có khoảng 100 công ty khởi nghiệp về phần mềm, phần cứng lượng tử và thậm chí cả tư vấn trên khắp thế giới. Con số này tuy nhỏ so với thị trường khởi nghiệp khổng lồ nhưng lớn hơn rất nhiều so với trước đây.
Monroe của IonQ cho biết: “Tôi đã ở trong không gian này rất lâu rồi, ngay từ đầu. — Trong một thời gian dài, nó còn ở giai đoạn sơ khai, cho đến cách đây 5-8 năm, nó mới thu hút được sự chú ý và thu hút các khoản đầu tư lớn. Rõ ràng là thời cơ đã đến.”
Chris Monroe, Giám đốc điều hành và đồng sáng lập của công ty khởi nghiệp điện toán lượng tử IonQ. Ảnh: IonQ
Một số, như Rigetti, sẵn sàng đối đầu với những gã khổng lồ công nghệ bằng chip lượng tử của riêng họ và hệ thống điện toán lượng tử tinh vi.
Betsy Masiello, phó chủ tịch sản phẩm tại Rigetti, nói với Business Insider: “Đó là cốt lõi trong hoạt động kinh doanh của chúng tôi”. — Có rất nhiều công ty trong không gian lượng tử đang nghiên cứu các ứng dụng phần mềm trong lĩnh vực điện toán lượng tử. Chúng tôi sản xuất vi mạch và xây dựng hệ thống máy tính.”
Matthew Kinsella, giám đốc điều hành của Maverick Ventures, cho biết ông rất lạc quan về lĩnh vực điện toán lượng tử. Công ty của ông đã tiến xa hơn khi đầu tư vào ColdQuanta, một công ty sản xuất thiết bị sử dụng trong hệ thống lượng tử. Ông hy vọng máy tính lượng tử sẽ hoạt động tốt hơn các hệ thống ngày nay trong vòng 5 đến 10 năm nữa. Maverick Ventures đang đặt cược vào dài hạn.
“Tôi thực sự tin tưởng vào điện toán lượng tử, mặc dù có thể mất nhiều thời gian hơn dự kiến trước khi máy tính lượng tử trở nên tốt hơn máy tính truyền thống trong việc giải quyết các vấn đề hàng ngày. Kinsella cho biết: Chúng ta có thể sẽ thấy được lợi ích của máy tính lượng tử trong việc giải quyết các vấn đề quy mô nhỏ trong vài năm tới.
Phòng thí nghiệm Hệ thống 2000Q của D-Wave. Ảnh: D-Wave
Kinsella, giống như các nhà phân tích mà chúng tôi đã nói chuyện, đang mong đợi cái gọi là “mùa đông lượng tử”. Các chuyên gia cảnh báo có thể có sự cường điệu xung quanh máy tính lượng tử, nhưng mọi người đang ngày càng hy vọng nhiều hơn. Máy móc vẫn chưa hoàn hảo và phải mất nhiều năm nữa các nhà đầu tư mới thấy được kết quả.
Trong quan điểm
Thậm chí vượt ra ngoài ưu thế lượng tử, các chuyên gia đảm bảo với chúng ta rằng vẫn còn chỗ cho máy tính và siêu máy tính truyền thống. Cho đến lúc đó, vẫn còn các vấn đề về chi phí, kích thước, độ tin cậy và khả năng xử lý cần giải quyết trước khi chúng ta có thể thảo luận về nó.
Nhà phân tích Briss cho biết: “Chúng ta cần phải hít một hơi. “Có rất nhiều điều thú vị đang diễn ra trong lĩnh vực này và cần có thời gian.” Nó là sự kết hợp của vật lý, khoa học máy tính và nói thẳng ra là phân tích khoa học. Chúng tôi sẽ không phải nghiên cứu vấn đề này nếu chúng tôi biết tất cả các câu trả lời, nhưng còn rất nhiều công việc nghiên cứu phía trước.”
Máy tính lượng tử Rigetti. Ảnh: Rigetti
Tuy nhiên, đối với nhiều người thì rõ ràng đây là tương lai. Giống như các nhà sản xuất máy tính lớn đầu tiên đã không nhận ra rằng điều này cuối cùng sẽ dẫn đến nhiều điện thoại thông minh cỡ lòng bàn tay hơn. Máy tính lượng tử có thể là bước đầu tiên trên con đường hoàn toàn mới.
Rất ít người, như Phó Giám đốc Quản trị Doanh nghiệp của Microsoft, Todd Holmdahl, đủ lạc quan để nói rằng nó có thể quan trọng hơn trí tuệ nhân tạo và học máy ngày nay. Ông từng nói với các con rằng chúng nên làm những gì chúng đam mê và chúng luôn có thể kiếm được một công việc trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo. Bây giờ anh ấy sẽ nói điều tương tự về điện toán lượng tử.
“Đây là một lĩnh vực sẽ phát triển. Chúng tôi cần người lấp đầy nó và giữ cho nó không bị khô héo”, Holmdahl nói. “Nó đóng một vai trò quan trọng trong thế hệ của chúng tôi, cho chúng tôi cơ hội tạo ra những điều tuyệt vời trong tương lai.”
Nguồn: www.habr.com