Sự khác biệt giữa máy tính lượng tử và siêu máy tính

Máy tính đã đi một chặng đường dài đáng kinh ngạc trong vài thập kỷ qua. Chúng ta đang ở giữa một cuộc cách mạng công nghệ, với việc máy móc ngày càng trở nên tiên tiến hơn theo năm tháng. Hai phát minh đặc biệt tiên tiến, siêu máy tính và máy tính lượng tử, có rất nhiều ứng dụng và tiềm năng. Nhưng sự khác biệt giữa siêu máy tính và máy tính lượng tử là gì, và cái nào tốt hơn? Cùng tìm câu trả lời quan bài viết sau đây nhé!

Siêu máy tính là gì?

Siêu máy tính là hệ thống khổng lồ có thể trải rộng toàn bộ các phòng. Những máy này trông không giống với máy tính để bàn hoặc laptop thông thường của bạn. Đúng hơn, siêu máy tính bao gồm các nhóm bộ xử lý lớn, tất cả làm việc cùng nhau để đạt được một mục tiêu cụ thể.

Siêu máy tính lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 1960, sau khi CDC (Control Data Corporation) 6600 ra đời. Đây được coi là siêu máy tính đầu tiên từng được chế tạo và mạnh hơn khoảng 10 lần so với các máy tính tiêu chuẩn vào thời điểm đó. Nhưng mọi thứ đã đi một chặng đường rất dài kể từ đó.

Phải nói rằng siêu máy tính ngày nay cực kỳ mạnh mẽ. Nhưng, tất nhiên, tất cả chỉ là tương đối. CDC 6600 là một hiện tượng trong lĩnh vực máy tính nhưng ngày nay sẽ được coi là không có gì đặc biệt. Rốt cuộc, chỉ mất nửa thập kỷ để CDC 7600 vượt mặt nó. Vì vậy, hãy ghi nhớ điều đó khi xem xét sức mạnh của siêu máy tính ngày nay.

Giống như PC của riêng bạn, siêu máy tính có thể xử lý và lưu trữ dữ liệu, nhưng còn vượt xa hơn thế. Những cỗ máy này có thể thực hiện các phép tính và mô phỏng cực kỳ phức tạp mà con người hoặc các máy tính mà chúng ta sử dụng trong cuộc sống hàng ngày không bao giờ có được. Họ cũng có thể nhanh chóng thực hiện các quy trình mà một máy tính thông thường có thể mất hàng tháng hoặc hàng năm để hoàn thành.

Ví dụ, một siêu máy tính hiện đại có thể dự đoán kết quả của một vụ nổ hạt nhân, tạo ra các mô hình não rất phức tạp và thậm chí thực hiện những mô phỏng về nguồn gốc của vũ trụ. Khả năng của những chiếc máy này có phần đáng kinh ngạc và đã được chứng minh là hữu ích trong một loạt các ngành công nghiệp khác nhau.

Tuy nhiên, về cốt lõi, siêu máy tính có các đai ốc và bu lông giống như máy tính thông thường. Sự khác biệt là những máy tính này rất lớn và bao gồm hàng nghìn hoặc hàng trăm nghìn CPU (đơn vị xử lý trung tâm), và do đó có sức mạnh xử lý cao hơn rất nhiều so với PC tiêu chuẩn. Máy tính bạn sử dụng hàng ngày có thể có một số ít lõi CPU, thậm chí một số máy chỉ có một. Vì vậy, hãy tưởng tượng những gì có thể đạt được nếu sức mạnh của nó được tăng lên gấp nhiều lần.

Siêu máy tính rất hấp dẫn nhưng lại cực kỳ tốn kém trong việc xây dựng và bảo trì. Hàng triệu đô la có thể được đổ vào việc xây dựng một siêu máy tính và lượng điện năng được yêu cầu để duy trì hoạt động của chúng cũng cực kỳ khổng lồ.

Và ngay cả những máy móc cực kỳ tiên tiến này cũng có những hạn chế của chúng. Đặc biệt, khả năng của siêu máy tính bị giới hạn ở kích thước của chúng. Các siêu máy tính ngày nay đã rất lớn và tốn rất nhiều tiền để vận hành. Vì vậy, siêu máy tính càng lớn thì càng đắt.

Trên hết, siêu máy tính tạo ra một lượng nhiệt lớn cần được loại bỏ để tránh làm hệ thống quá nóng. Nhìn chung, việc sử dụng siêu máy tính là một quá trình rất tốn kém. Ngoài ra, có một số vấn đề mà siêu máy tính không thể giải quyết đơn giản vì chúng quá phức tạp.

Tuy nhiên, một người chơi tương đối mới trong lĩnh vực điện toán có thể có khả năng vượt qua siêu máy tính và đạt được thứ mà chúng không thể: Máy tính lượng tử.

Máy tính lượng tử là gì?

Khái niệm điện toán lượng tử lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 1980. Trong thời gian này, những người tiên phong như Richard Benioff, Richard Feynman và Yuri Manin đã đóng góp vào việc phát triển lý thuyết tính toán lượng tử. Nhưng tại thời điểm này, tính toán lượng tử chỉ là một ý tưởng và chưa bao giờ được áp dụng trong bối cảnh thế giới thực.

18 năm sau, vào năm 1998, Isaac Chuang, Neil Gershenfeld và Mark Kubinec đã tạo ra máy tính lượng tử đầu tiên. Tốc độ xử lý của máy tính này khá thô sơ so với các máy tính lượng tử tiên tiến nhất hiện nay, nhưng sự phát triển của loại máy đầu tiên này không có gì là mang tính cách mạng.

Như bạn có thể thấy trong hình trên, máy tính lượng tử trông không giống máy tính thông thường. Điều này là do chúng hoạt động theo những cách khác nhau. Trong khi máy tính và siêu máy tính sử dụng mã nhị phân để lưu trữ thông tin, thì máy tính lượng tử sử dụng các đơn vị cực nhỏ được gọi là qubit (hoặc bit lượng tử).

Qubit nhỏ không thể tưởng tượng được. Chúng được tạo ra từ các hệ lượng tử thậm chí còn nhỏ hơn, như proton và electron, những thành phần cơ bản của nguyên tử. Điều tuyệt vời về qubit là chúng có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc.

Mã nhị phân chỉ có thể tồn tại dưới dạng số 0 hoặc số 1, điều này có thể bị hạn chế khi thực hiện các quy trình nâng cao. Mặt khác, các Qubit có thể tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái, được gọi là chồng chất lượng tử. Qubit cũng có thể đạt được liên đới lượng tử, trong đó các cặp qubit liên kết với nhau.

Sử dụng chồng chất lượng tử, máy tính lượng tử có thể xem xét nhiều cấu hình qubit cùng một lúc, giúp giải quyết các vấn đề phức tạp cao dễ dàng hơn nhiều. Và, thông qua liên đới lượng tử, hai qubit có thể tồn tại ở cùng một trạng thái và ảnh hưởng lẫn nhau theo những cách có thể dự đoán được về mặt toán học. Điều này góp phần vào khả năng xử lý của máy tính lượng tử.

Nhìn chung, khả năng xem xét nhiều trạng thái đồng thời mang lại cho máy tính lượng tử tiềm năng giải quyết các phép tính cực kỳ phức tạp và chạy những mô phỏng nâng cao.

Nhiều công ty hiện đang nghiên cứu phát triển máy tính lượng tử, bao gồm cả IBM và Google. Ví dụ, theo New Scientist, vào năm 2019, Google tuyên bố rằng máy tính lượng tử của họ, Sycamore, đã vượt qua một siêu máy tính về khả năng. Google tuyên bố rằng, trong 200 giây, Sycamore có thể giải một phép tính mà một siêu máy tính sẽ mất 10.000 năm để hoàn thành.

Nhưng chỉ hai năm sau, một lần nữa, theo New Scientist, một thuật toán phi lượng tử đã được phát triển ở Trung Quốc giúp các máy tính thông thường có thể giải quyết vấn đề tương tự chỉ trong vài giờ, có nghĩa là một siêu máy tính chắc chắn có khả năng giải quyết nó.

Vì vậy, có một chữ "nếu" lớn bao trùm toàn bộ lĩnh vực máy tính lượng tử. Công nghệ này vẫn còn rất nhiều thứ phải làm trong giai đoạn đầu và còn một chặng đường dài trước khi có thể được sử dụng như một giải pháp thay thế cho siêu máy tính.

Máy tính lượng tử cực kỳ khó xây dựng, lập trình và vẫn có tỷ lệ lỗi cao. Trên hết, sức mạnh xử lý hiện tại của máy tính lượng tử khiến chúng hoàn toàn không phù hợp với các ứng dụng điển hình. Kết quả là, có rất nhiều khó khăn ngày càng tăng mà điện toán lượng tử phải trải qua trước khi trở thành một công nghệ đáng tin cậy và được sử dụng rộng rãi.

Mặc dù máy tính lượng tử có tiềm năng vượt qua siêu máy tính một cách dễ dàng, nhưng điều này phần lớn vẫn chỉ là giả thuyết. Một ngày nào đó, chúng ta có thể thấy điện toán lượng tử tiến tới mức siêu máy tính không còn cần thiết nữa. Không thể phủ nhận rằng những phát triển to lớn đã được thực hiện trong lĩnh vực này. Nhưng hiện tại, máy tính lượng tử vẫn đang ở giai đoạn đầu và có thể mất nhiều thập kỷ nữa để chúng trở thành xu hướng chủ đạo.