Bước tiến mới trong xây dựng máy tính lượng tử

Một nhóm kỹ sư của Viện nghiên cứu vật lý & hoá học Nhật Bản phối hợp với hãng NEC đã thử nghiệm thành công một trong hai khối thành phần cơ sở trong một thiết bị thể rắn 2 qubit. Đây được coi là bước đột phá trên con đường dài chế tạo máy tính theo công nghệ vật lý này.

Các nhà nghiên cứu đã xây dựng một cổng NOT có kiểm soát (CNOT). Đây là một khối cơ sở tạo nền cho việc tính toán lượng tử, tương tự như cổng NAND dùng cho máy tính thông thường. CNOT là một trong hai cổng được sử dụng với qubit (quantum bit - bit lượng tử). Cổng còn lại, cơ chế quay mang 1 qubit, đã được nhóm này thử nghiệm thành công năm 1999. Tsai Jaw-Shen, Trưởng nhóm kỹ sư, cho biết một trong những mục tiêu của ông là phải kết hợp được hai khối này để tạo ra cái gọi là 'cổng tổng thể'. Đó mới chính là thành phần cốt lõi thực sự của một máy tính lượng tử. Nhiệm vụ tiếp theo sẽ là thực hiện thử nghiệm một số thuật toán dựa trên cơ cấu đó.

Qubit có thuộc tính đáng chú ý là chúng không chỉ mang con số 1 hoặc 0 trong hệ nhị phân mà còn chồng lên nhau với cả hai trạng thái trên cùng lúc. Khi mà số lượng qubit tăng lên, thì số trạng thái này cũng tăng tỷ lệ thuận. 2 qubit có thể mang 4 trạng thái, cùng được xử lý một lúc. 3 qubit có thể có tới 8 trạng thái và cứ như vậy con số tăng dần.

Một hệ thống chỉ cần 10 qubit có thể thực hiện đồng thời 1.024 phép toán giống như một hệ thống xử lý song song cực lớn. Cỗ máy với 40 qubit có thể giải quyết cùng lúc 1 nghìn tỷ phép toán và với 100 qubit số lượng nhiệm vụ được hoàn thành có thể lên tới 10²⁴. Điều đó có thể biến những công việc tính toán, chẳng hạn như xác định hệ số các số nguyên tố (mà ngay cả những siêu máy tính mạnh nhất hiện nay cũng khó làm được) trở thành những nhiệm vụ tầm thường. Ví dụ, việc lập hệ số của một con số nhị phân 256 bit có thể sẽ được hoàn tất trong 10 giây nhờ máy tính lượng tử, trong khi công việc này có thể mất 10 triệu năm nếu dùng máy Blue Gene của IBM.

Một trong những khó khăn lớn nhất hiện nay mà các nhà nghiên cứu đang đối mặt là việc kéo dài khoảng thời gian mà trong đó 2 qubit được kết hợp trong một tình trạng mà người ta gọi là “bẫy lượng tử”. Khi ở trong trạng thái này, hai qubit phối hợp với nhau mặc dù chúng không kết dính. Tháng 2 năm nay, nhóm của Tsai Jaw-Shen đã thử nghiệm thành công việc bẫy qubit này.

Quá trình nghiên cứu máy tính lượng tử hiện vẫn còn ở giai đoạn đầu và các chuyên gia trên thế giới đều cho rằng phải mất ít nhất 10 năm nữa mới có thể phát triển được một cỗ máy tương đối hoàn thiện. Nếu đạt được điều đó, máy tính lượng tử sẽ tạo ra một cuộc cách mạng trong một số lĩnh vực của ngành tin học.

Phan Khương (theo ComputerWorld)