Đối với thế giới điện toán lượng tử, không chỉ cần đến những chiếc máy tính rất khó sản xuất, mà còn cần cả các thuật toán lượng tử cũng phức tạp không kém – các phần mềm chuyên dụng để khai thác hết được sức mạnh của những cỗ máy này.

Nhà nghiên cứu Alan Aspuru-Guzik đã trở nên nổi tiếng trong giới học thuật bằng cách phát triển những loại thuật toán này, và giờ ông đang đưa chúng tới một thị trường rộng lớn hơn. Là một giáo sư tại Đại học Harvard và là thành viên trong nhóm Innovators under 35 của MIT Technology Review, ông là nhà đồng sáng lập của Zapata Computing, công ty vừa mới ra mắt với khoản tài trợ tới 5,4 triệu USD.

Mục tiêu cuối cùng của Zapata muốn trở thành một superstore – một chợ ứng dụng cho điện toán lượng tử, nơi cung cấp hàng loạt các phần mềm lượng tử làm sẵn cho nhiều lĩnh vực khác nhau, để các công ty có thể sử dụng nhằm khai thác sức mạnh khổng lồ của điện toán lượng tử.


Nhóm sáng lập của Zapata.

Nhóm sáng lập của Zapata.

Do lĩnh vực điện toán lượng tử vẫn còn rất mới mẻ, hiện nay mới chỉ có một nhóm nhỏ các chuyên gia có thể tạo ra các phần mềm cao cấp để hoạt động trên những cỗ máy này. Về cơ bản, Zapata muốn các công ty có thể sử dụng công nghệ mới này mà không cần đến một chuyên viên lượng tử trong văn phòng.

Điều thú vị với các máy tính lượng tử là dữ liệu, thay vì dựa trên các bit kỹ thuật số được biểu diễn bằng số 1 hoặc 0, chúng sử dụng các “qubit”, một đại lượng có thể ở trong cả hai trạng thái cùng lúc nhờ vào một hiện tượng được gọi là sự chồng chập lượng tử. Một thuật ngữ có vẻ huyền bí khác là sự rối lượng tử, có nghĩa là các qubit có thể tác động đến một qubit khác, ngay cả khi chúng không có kết nối vật lý với nhau.

Bổ sung thêm các qubit có khả năng làm tăng đáng kể sức mạnh điện toán của các máy tính lượng tử, giúp nó có khả năng vượt qua ngay cả các siêu máy tính hàng đầu thế giới trong một số tác vụ giới hạn cụ thể. Nhưng đó là phần tin tốt, còn tin không tốt lắm là các qubit có xu hướng mất đi trạng thái lượng tử mong manh của mình chỉ sau một vài mili giây. Những thay đổi về nhiệt độ, hoặc thậm chí một rung động nhẹ nhàng nhất, cũng có thể phá vỡ chúng và làm sinh ra hàng loạt lỗi trong phép tính.

Tạp chí Everydayhealth

Đó là lúc cần đến các thuật toán lượng tử. Chúng chạy một phép tính cụ thể trên máy tính lượng tử nhanh nhất và hiệu quả nhất có thể, và chúng có thể giúp giảm thiểu số lỗi này. “Hãy nghĩ về nó như chỉnh lại cây đàn ghita.” Aspuru-Guzik cho biết. “Chỉ khi bạn điều chỉnh dây đàn để chúng hài hòa với nhau, chúng ta mới có thể chơi với hàng loạt thông số khác nhau cho đến khi một mạch điện lượng tử được điều chỉnh cho một ứng dụng cụ thể.”

Loading...

Các thuật toán lượng tử – một vùng đất sơ khai

Zapata đã đàm phán một giấy phép độc quyền với Harvard về các thuật toán do Aspuru-Guzik và nhóm của ông phát triển. Theo CEO Zapata, Chris Savoie, mục tiêu của công ty là phát triển nên các thuật toán cho một loạt các máy tính, vì vậy Aspuru-Guzik và nhóm của mình đã làm việc với các nhà sản xuất phần cứng lớn như IBM và Google, cũng như với các hãng nhỏ hơn như Rigetti Computing và IonQ.

Các hãng này cũng đang phát triển các thuật toán của riêng mình, nhưng quan điểm chung là có nhiều hơn các sáng kiến phần mềm sẽ tốt hơn cho thị trường còn non trẻ. “Đây là nơi chúng ta muốn thấy nhiều ý tưởng lấp đầy không gian này.” Jerry Chow, người đứng đầu nỗ lực thử nghiệm điện toán lượng tử của IBM cho biết.

Nếu chiến lược của họ hiệu quả, Zapata có thể có được cái nhìn toàn cảnh về cách các ứng dụng đa dạng hoạt động như thế nào trên các loại máy tính lượng tử, mang lại cho họ một lợi thế lớn trên thị trường. Cho đến nay, vẫn chưa rõ liệu điện toán lượng tử có thể làm nên sự khác biệt trong một lĩnh vực hay không, ví dụ như máy học (machine learning) – cho dù đã có một số dấu hiệu ban đầu cho điều đó. Vì vậy có thể sẽ mất khá nhiều thời gian để dựng nên một danh mục đầy đủ các thuật toán.

Trong ngắn hạn, Zapata dự định tập trung chính vào các thuật toán cho hóa học và vật liệu. Aspuru-Guzik đã đi tiên phong trong các phương pháp cho việc dựng mô hình phân tử, một tác vụ vô cùng khó khăn ngay cả với các siêu máy tính tốt nhất hiện nay, và vì vậy người ta hy vọng rằng các máy tính lượng tử sẽ sớm có thể tăng tốc cho việc mô phỏng này.

Điều đó có thể dẫn đến các tiến bộ mới như pin hiệu quả hơn và các phân tử tự phát sáng mới cho màn hình. Một nhóm tại IBM đã sử dụng máy tính lượng tử để dựng mô hình một phân tử nhỏ tạo nên từ 3 nguyên tử, và một số nhà nghiên cứu đã tự hỏi liệu việc kết hợp giữa các mạch điện lượng tử với những mạng lưới thần kinh nhân tạo có thể tạo nên các phân tử mới hay không.

Những nhà tài trợ chính cho Zapata, bao gồm Pillar VC và The Engine, một quỹ của MIT đầu tư vào các công ty hoạt động trong các “lĩnh vực công nghệ khó khăn”, đang đặt cược vào việc sẽ có nhiều ứng dụng hơn cho điện toán lượng tử – nhưng vẫn còn quá ít các nhà nghiên cứu có thể tạo ra các thuật toán lượng tử cần thiết.

Reed Sturtevant, đến từ The Engine, cho rằng hiện tại có “chưa tới một trăm” các nhà nghiên cứu loại này trên toàn cầu, và Aspuru-Guzik và bốn cựu thành viên trong nhóm nghiên cứu của ông, là một phần trong số họ. Nếu Sturtevant nói đúng, các tài năng trong Zapata có thể tạo ra một bước nhảy vọt về lợi nhuận trong tương lai.

Tham khảo TechnologyReview