Máy tính lượng tử - tốc độ nhanh hơn 18 tỷ tỷ lần, liệu có thành thực tế?

Bạn có muốn máy tính của mình chạy nhanh hơn gấp 18 tỷ tỷ lần?

Theo một nhà vật lý tại trường đại học Utah, tương lai hoàn toàn có thể sẽ xuất hiện một loại máy tính mới - máy tính lượng tử (quantum computer). Anh đã thực hiện bước đầu tiên trong kế hoạch tạo ra chiếc máy tính đó cho mình.

Loại máy tính này tăng cường sử dụng bit lượng tử (qubit), dùng mã nhị phân 1 và 0 tại cùng một thời điểm nhưng khác vị trí. Trong vật lý lượng tử, các hạt nhỏ nhất của ánh sáng và vật chất có thể ở nhiều vị trí khác nhau tại cùng một lúc (như các hạt của ánh sáng mặt trời, các hạt nước…).

Với máy tính ngày nay, một bit điện tử (số nhị phân) chỉ có thể ở một trong hai trạng thái: 1 (tắt) hoặc 0 (mở). Nếu có 3 bit, chúng lưu trữ được một trong tám trường hợp ghép nối của 1 và 0: 1-1-1, 0-1-1, 1-0-1, 1-1-0, 0-0-0, 1-0-0, 0-1-0 và 0-0-1.

Nhưng máy tính lượng tử có thể lưu trữ cả tám trường hợp đó. Về mặt lý thuyết, một máy tính 3-qubit có thể tính toán nhanh gấp tám lần so với PC 3-bit. Theo phép tính này thì một máy tính 64-qubit có thể tính toán nhanh gấp từ 2 đến 64 lần so với PC 64-bit, có nghĩa là nhanh hơn 18 tỷ, tỷ lần.

Boehme đang làm việc trên chiếc máy tính lượng tử đọc ra công nghệ

Nhà vật lý Christoph Boehme, phụ tá giáo sư vật lý tại trường đại học Utah đã đọc dữ liệu lưu trữ theo dạng "quay" từ tính của một nhóm hàng nghìn nguyên tử phốt pho. Anh khẳng định: "Chúng tôi đã chứng minh được qua thực nghiệm rằng hướng quay hạt nhân của các nguyên tử phôtpho nhúng trong dung dịch silicon có thể xác định được bằng rất nhiều dòng điện tử siêu nhỏ xuyên qua các nguyên tử đó".

"Chúng tôi đã giải quyết được một trở ngại lớn khi xây dựng thành công một kiểu máy tính lượng tự cụ thể: máy tính lượng tử phôt-pho và silicon. Với khái niệm này, dữ liệu đọc ra là vấn đề lớn nhất, và chúng tôi đã chỉ ra con đường đọc dữ liệu mới".

Cơ chế hoạt động dựa theo kiểu của một máy tính lượng tử đã từng xuất hiện trước đây, do nhà vật lý người Úc Bruce Kane đưa ra trong bài báo: "A silicon-based nuclear spin quantum computer" (Máy tính lượng tử quay hạt nhân trên nền silicon). Silicon, chất bán dẫn dùng trong công nghệ chip máy tính số sẽ được "thả" vào các nguyên tử phôtpho. Dữ liệu được mã hoá trong "các vòng quay" của hạt nhân nguyên tử. Các trường điện tích áp dụng mở rộng sẽ được dùng để đọc và thực hiện quá trình lưu trữ dữ liệu như là "các vòng quay". Boehme khẳng định hoàn toàn có thể thực hiện được việc đọc vòng quay của các nguyên tử phôt-pho đơn một cách kỹ thuật.

Nhà vật lý này đã nghiên cứu về máy tính lượng tử trong nhiều năm. "Nếu so sánh sự phát triển của máy tính lượng tử với dòng máy tính cổ điển truyền thống hiện nay, có thể ví nó như đang ở trong giai đoạn trước khi chúng ta tìm ra bán kính vậy. Tất cả mới chỉ khởi đầu mà thôi".

Nhưng giao diện máy-não của nó lại chậm hơn hàng tỷ lần.

Giống như hãng nghiên cứu Hitachi đã từng chỉ ra, con người có thể điều khiển công tắc bật/tắt đơn giản chỉ bằng cách nghĩ về nó. Kỹ thuật vùng quang được dùng để xác định các thay đổi trong tổng lượng máu ở vỏ não trước khi con người đang có hoạt động nào đó như nghĩ về các phép toán số học hay tưởng tượng là đang hát một bài hát. Kỹ thuật xác định thay đổi có thể bật/tắt được cả mô hình đường ray xe lửa.

Vùng quang sử dụng ánh sáng tia hồng ngoại xuyên qua mức trên của vỏ não rồi bức xạ trở lại. Nhờ khả năng bức xạ này mà người ta đo được lượng thay đổi trong máu và mức tập trung hemoglobin ở não. Tất cả chỉ mất một phần mười giây.

Hitachi hy vọng kỹ thuật này sẽ dẫn đầu trong lĩnh vực giao diện máy não khoa, giúp ích nhiều cho bệnh nhân suy yếu về thể chất. Hãng cũng hy vọng những kết quả thực tiễn thu được có thể giúp sản phẩm này được đưa ra thị thường vào năm 2011, hàng thập kỷ trước khi máy tính lượng tử có thể được xây dựng. Nhưng mọi thứ đều có thể thay đổi. Chúng ta chưa thể biết chắc được điều gì.