"Lật tẩy" sự cường điệu thái quá về máy tính lượng tử: Máy tính lượng tử có thần thánh như bạn nghĩ?

Trong nhiều năm qua, không thể phủ nhận được sự phát triển trong lĩnh vực máy tính lượng tử, tuy nhiên đi đôi với sự phát triển là sự thổi phồng và cường điệu quá mức về khả năng của nó. Từ các phương pháp tiếp cận, dòng thời gian, ứng dụng và nhiều vấn đề khác đều bị thổi phồng.

Kể từ năm 2017, các nhà cung cấp đã tuyên bố việc thương mại hóa công nghệ này chỉ còn vài năm nữa. Thậm chí còn có thứ được gọi là phản loạn nhịp khiến một số người đặt câu hỏi liệu máy tính lượng tử có thành hiện thực hay không.

Chúng ta đang cường điệu hóa lĩnh vực lượng tử

Gần đây hơn, các công ty đã thay đổi lịch trình của họ từ vài năm sang một thập kỷ, tuy nhiên, họ vẫn tiếp tục phát hành bản đồ chỉ đường cho thấy các hệ thống khả thi về mặt thương mại sớm nhất là vào năm 2029.

Sự phóng đại còn được thể chế hóa, bộ An Ninh Mỹ còn cho ra mắt một lộ trình để bảo vệ khỏi các mối đe dọa của điện toán lượng tử, cùng với nỗ lực giúp các tổ chức chuyển đổi sang các hệ thống an ninh mới. Điều này tạo ra một tâm lý "chấp nhận hoặc bị tụt hậu" cho cả các ứng dụng điện toán lượng tử và bảo mật mật mã hậu kỳ.

Công ty nghiên cứu thị trường Gartner (nổi tiếng về "Chu kỳ Hype") tin rằng điện toán lượng tử có thể đã đạt đến sự cường điệu cao nhất. Điều này có nghĩa là ngành công nghiệp sắp bước vào một giai đoạn được gọi là "đáy của sự vỡ mộng." Theo McKinsey & Company, "tính toán lượng tử có khả năng chịu lỗi được dự kiến từ năm 2025 đến năm 2030 dựa trên các lộ trình phần cứng đã công bố."

Tuy nhiên, những điều này không hoàn toàn dựa vào thực tế, vì con người vẫn còn một hành trình dài để đạt được tính thực tiễn lượng tử - thời điểm mà máy tính lượng tử có thể làm được điều gì đó độc đáo để thay đổi cuộc sống của chúng ta.

Tính thực tiễn lượng tử này được dự đoán phải mất từ 10 đến 15 năm nữa. Tuy nhiên, tiến trình để hướng tới mục tiêu đó không phải chỉ ổn định, mà nó đang tăng tốc, tương tự như điều đã thấy với Định luật Moore và sự tiến hóa bán dẫn. Càng khám phá nhiều, chúng ta càng đi nhanh hơn. Công nghệ bán dẫn đã mất nhiều thập kỷ để đạt được trạng thái hiện tại và khoa học cũng mong đợi sự tiến bộ như vậy với điện toán lượng tử.

Những kinh nghiệm kỹ thuật có sẵn sẽ cho phép lĩnh vực máy tính lượng tử phát triển nhanh hơn

Khoa học cũng nhận thấy rằng việc học tập từ kỹ thuật bóng bán dẫn đang giúp tăng tốc công việc phát triển điện toán lượng tử. Chẳng hạn khi phát triển qubit spin silicon, chúng tôi có thể tận dụng cơ sở hạ tầng sản xuất bóng bán dẫn hiện có để đảm bảo chất lượng và tăng tốc độ chế tạo. Từ việc sản xuất hàng loạt qubit trên một tấm wafer silicon 300 mm trong một cơ sở fab khối lượng lớn, từ đó tạo điều kiện lắp một loạt hơn 10.000 chấm lượng tử trên một tấm wafer.

Kinh nghiệm sản xuất chất chất bán dẫn cũng giúp tạo ra một chip điều khiển lượng tử đông lạnh, được gọi là Horse Ridge, điều này đang giúp giải quyết những thách thức về kết nối liên quan đến tính toán lượng tử. Ngoài ra, những kinh nghiệm này cũng giúp rút ngắn thời gian kiểm tra từ các thiết bị lượng tử từ vài tuần xuống còn vài giờ.

Các nghiên cứu và kinh nghiệm trước đây của các công ty lớn cũng mang lại những lợi ích hiện tại cho. Chẳng hạn nghiên cứu gần đây của Quantinuum cho thấy sự vướng víu của các qubit logic trong một mạch chịu lỗi bằng cách sử dụng tính năng sửa lỗi lượng tử theo thời gian thực. Còn Google có một thư viện mã nguồn mở mới gọi là Cirq để lập trình máy tính lượng tử. Cùng với các thư viện tương tự của IBM, Intel và những người khác, Cirq đang giúp thúc đẩy sự phát triển của các thuật toán lượng tử cải tiến. Bộ xử lý 127-qubit của IBM, được gọi là Quantum Eagle, cho thấy sự tiến bộ ổn định trong việc nâng cao số lượng qubit.

Những thách thức chính đối với sản xuất máy tính lượng tử hiện nay là gì?

- Cần những thiết bị tốt hơn và qubit chất lượng cao để đáp ứng được ngưỡng cần thiết cho khả năng chịu lỗi.

- Chưa có ai đề xuất một công nghệ kết nối liên thông cho máy tính lượng tử để tối ưu nó như cách chúng ta nối dây các bộ vi xử lý ngày nay.

- Cần kiểm soát qubit nhanh và các vòng phản hồi.

- Vẫn chưa có các thuật toán sửa lỗi trên một nhóm lớn các qubit.

Nhìn chung con người vẫn cần phải chờ đợi một thời gian dài nữa để có một máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi. Trong khoảng 10 năm tới, Intel dự kiến sẽ cạnh tranh hoặc vươn lên dẫn trước những đơn vị khác về số lượng qubit và hiệu suất, nhưng dường như trong khoảng 10-15 tới, không ai có đủ điều kiện để thực hiện được một hệ thống có giá trị.

Ngành công nghiệp cần tiếp tục phát triển số lượng qubit và cải tiến chất lượng. Cột mốc tiếp theo sẽ là sản xuất hàng nghìn qubit, mở rộng quy mô đó lên hàng triệu.

Google từng mất 53 qubit để tạo ra một ứng dụng có thể thực hiện chức năng siêu máy tính. Vì thế để khám phá các ứng dụng mới vượt ra ngoài siêu máy tính ngày nay, bắt buộc phải có các kích thước hệ thống lớn hơn.

Điện toán lượng tử đã đi được một chặng đường dài trong 5 năm qua, nhưng chúng ta vẫn còn còn một chặng đường dài phía trước và các nhà đầu tư sẽ cần phải tài trợ lâu dài cho nó. Còn hiện tại, điều quan trọng là chúng ta không nên bị cuốn theo những lời quảng cáo cường điệu mà hãy tập trung vào những kết quả thực sự.