Kết hợp lượng tử và AI có thể tạo ra công nghệ mạnh vô đối

Đó là vì cơ học lượng tử, một nhánh vật lý kỳ lạ và phần nào mang tính lý thuyết, là khái niệm cực kỳ khó hiểu. Nó liên quan đến các siêu nhỏ hoạt động theo những cách kỳ lạ, mở ra tiềm năng cho một thế giới khoa học hoàn toàn mới với sức mạnh vượt bậc.

Sự phức tạp này có lẽ là một yếu tố khiến lượng tử lại có vị thế thấp hơn so với AI - ngôi sao công nghệ hiện tại. Điều này xảy ra bất chấp hàng loạt các thông báo lượng tử lớn gần đây từ gã khổng lồ công nghệ Microsoft và Google cùng nhiều công ty khác.

Nhìn chung, chúng ta thường nghĩ về lượng tử dưới dạng phần cứng như cảm biến và máy tính, trong khi AI lại dựa nhiều hơn vào phần mềm - dù vẫn cần phần cứng để vận hành.

Nếu kết hợp lượng tử và AI, một ngày nào đó chúng ta có thể tạo ra hình thức công nghệ mạnh mẽ hơn bất cứ thứ gì từng tồn tại. Tuy nhiên, từ “có thể” ở đây vẫn là dấu hỏi lớn, theo Brian Hopkins - Phó chủ tịch kiêm nhà phân tích trưởng về công nghệ mới nổi tại hãng nghiên cứu Forrester.

"Tiềm năng là có, nhưng vẫn chưa có kết luận cuối cùng. Các thí nghiệm ban đầu cho thấy kết quả khá quan, nhưng đồng thời cũng chỉ ra rằng chúng ta vẫn cần những máy tính lượng tử mạnh hơn và các hướng nghiên cứu đột phá hơn để có thể ứng dụng hiệu quả các hiện tượng lượng tử vào AI", ông nói.

Về mặt giá trị, cả hai lĩnh vực đều béo bở. Theo công ty nghiên cứu thị trường McKinsey, ngành lượng tử có thể đạt giá trị 97 tỉ USD vào năm 2025. Trong khi đó, AI được dự báo có giá trị lên tới hàng nghìn tỷ USD. Thế nhưng, cả hai đều sống trong cái bóng của sự cường điệu và nguy cơ “bong bóng nổ tung”.

"Tôi từng tin rằng điện toán lượng tử là công nghệ được thổi phồng nhất cho đến khi cơn sốt AI nổi lên", Brian Hopkins nói đùa.

Vào giữa tháng 10, các nhà phân tích đã cảnh báo một số cổ phiếu lượng tử quan trọng có thể giảm tới 62%, trong khi những lời bàn tán về bong bóng AI ngày càng lớn hơn.

Lượng tử và AI còn có một điểm chung nữa là lỗi. Nếu AI bị hiện tượng ảo giác (đưa thông tin sai lệch giống như thật) thì lượng tử lại gặp lỗi theo một cách khác. Lỗi này xảy ra vì trạng thái hoạt động của các hạt lượng tử cực kỳ mong manh. Chỉ cần môi trường thay đổi một chút, như có thêm ánh sáng hay tiếng ồn, cũng đủ khiến hệ thống lượng tử bị rối loạn.

Việc duy trì một môi trường như vậy là rất khó khăn. Tuần này, Elon Musk đã gợi ý trên mạng xã hội X rằng điện toán lượng tử sẽ hoạt động tốt nhất trên "các miệng núi lửa bị che khuất vĩnh viễn trên Mặt trăng".

Máy tính lượng tử trông không giống bất kỳ máy móc truyền thống nào. Hiện chưa có một bản thiết kế chuẩn nhưng chúng đều rất lớn, chỉ tồn tại trong các phòng thí nghiệm và thường có hình dạng hơi giống con sứa.

Máy tính lượng tử yêu cầu nhiệt độ cực lạnh và tia laser để hoạt động. Đây không phải là loại vật dụng bạn có thể có trong nhà, chứ đừng nói đến trong túi quần. Chúng cũng khá hào nhoáng. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc sử dụng kim cương tổng hợp để tạo ra qubit, vốn là nền tảng của máy tính lượng tử, cho phép chúng hoạt động gần với nhiệt độ phòng hơn nhiều.

Máy tính lượng tử, như chiếc được trưng bày này, là những cấu trúc có kích thước rất lớn - Ảnh: Getty Images

Hãng kim hoàn xa xỉ De Beers sở hữu công ty con Element 6, tuyên bố đã ra mắt viên kim cương lượng tử đa năng đầu tiên trên thế giới vào năm 2020. Element 6 cũng đã hợp tác với Amazon Web Services, nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây lớn nhất thế giới, để tối ưu hóa kim cương nhân tạo cho các mạng lưới máy tính lượng tử trong tương lai.

Những máy tính lượng tử hiện vẫn còn trong giai đoạn sơ khai. Ước tính có khoảng 200 cỗ máy như vậy trên toàn thế giới, song Trung Quốc không tiết lộ số lượng. Điều này không ngăn cản các chuyên gia lượng tử đưa ra những tuyên bố táo bạo về tiềm năng của chúng.

"Là người tiêu dùng, chúng ta sẽ tiếp xúc với tác động của điện toán lượng tử trong hầu hết mọi khía cạnh của cuộc sống", Rajeeb Hazra, Giám đốc điều hành Quantinuum - công ty gần đây được định giá 10 tỉ USD, chia sẻ trên podcast Tech Life.

"Theo tôi, xét về ứng dụng, lĩnh vực điện toán lượng tử cũng lớn, nếu không muốn nói là lớn hơn cả AI", ông nói.

Giáo sư Sir Peter Knight, một trong những chuyên gia hàng đầu của Anh về lượng tử, cho biết: “Những phép tính mà siêu máy tính mạnh nhất phải mất hàng chục tỉ năm mới giải xong thì máy tính lượng tử có thể xử lý chỉ trong vài giây”.

Các nhà phân tích phương Tây không chắc chắn Trung Quốc đã phát triển được bao nhiêu máy tính lượng tử - Ảnh: Getty Images

Những ứng dụng của lượng tử có thể thay đổi cuộc sống

Cũng như AI, có rất nhiều nghiên cứu lượng tử hướng đến việc cải thiện chăm sóc sức khỏe.

Một ngày nào đó, máy tính lượng tử có thể dễ dàng xử lý vô số tổ hợp phân tử để tạo ra các loại thuốc và liệu pháp điều trị mới - một quá trình hiện tại phải mất hàng năm trời nếu sử dụng máy tính cổ điển.

Ví dụ, vào tháng 12.2024, Google công bố chip lượng tử Willow có thể giải một bài toán trong 5 phút, trong khi siêu máy tính nhanh nhất thế giới hiện nay phải mất 10 tỉ tỉ năm mới hoàn thành.

Rajeeb Hazra cho biết điều này có thể mở đường cho việc cá nhân hóa thuốc. Cụ thể là thay vì nhận được một đơn thuốc thông thường, bạn sẽ nhận được một loại thuốc cụ thể được thiết kế riêng cho cơ thể của mình, rất có thể sẽ hiệu quả với bạn. Điều này cũng áp dụng cho các quy trình hóa học rộng hơn, chẳng hạn những cách mới để sản xuất phân bón hiệu quả hơn, mang lại lợi ích to lớn cho ngành nông nghiệp toàn cầu.

Lượng tử thể đẩy nhanh quá trình phát triển thuốc - Ảnh: Getty Images

Các cảm biến lượng tử, sử dụng các nguyên lý của cơ học lượng tử để đo lường mọi thứ một cách cực kỳ chính xác, đã tồn tại và được tìm thấy trong đồng hồ nguyên tử.

Năm 2019, các nhà khoa học tại Đại học Nottingham (Anh) đã đưa cảm biến lượng tử vào một thiết bị nguyên mẫu có kích thước bằng mũ bảo hiểm xe đạp và sử dụng chúng trong hệ thống mới để tiến hành quét não không xâm lấn ở trẻ em mắc các bệnh lý như động kinh.

“Những nền tảng đầu tiên cho sự phát triển nhận thức của con người được hình thành trong những năm đầu đời. Tuy nhiên, việc nghiên cứu quá trình này luôn gặp khó khăn vì các hạn chế của công nghệ quét não hiện nay. Một vấn đề lớn là bệnh nhân phải nằm yên tuyệt đối trong suốt quá trình quét, do các máy quét truyền thống đều rất to và cố định. Điều này không chỉ khiến kết quả thu được không phản ánh đúng cách não hoạt động trong môi trường tự nhiên, mà còn hạn chế đáng kể nhóm người có thể được quét, đặc biệt là trẻ em, vốn rất khó nằm yên trong thời gian dài”, nhà nghiên cứu Ryan Hill giải thích.

Năm ngoái, các nhà khoa học tại Đại học Hoàng gia London (Anh) đã thử nghiệm giải pháp thay thế cho định vị vệ tinh GPS được gọi là "la bàn lượng tử" trên mạng lưới tàu điện ngầm của thành phố.

GPS không hoạt động dưới lòng đất nhưng "la bàn lượng tử" thì có. Ý tưởng là nó có thể theo dõi và xác định chính xác hơn các vật thể ở bất kỳ đâu trên thế giới, dù trên hay dưới mặt đất, không giống tín hiệu GPS có thể bị chặn, gây nhiễu và ảnh hưởng bởi thời tiết.

Tiến sĩ Michael Cuthbert, Giám đốc Trung tâm Máy tính Lượng tử Quốc gia Anh, cho biết: “Nền kinh tế Anh phụ thuộc vào hệ thống GPS tới khoảng 1 tỉ bảng mỗi ngày, từ việc định vị, dẫn đường cho đến đo thời gian chính xác. Dù GPS thường được xem là công nghệ phục vụ quốc phòng, mọi giao dịch tài chính của chúng ta cũng đều cần có dấu thời gian từ GPS để xác thực. Việc sử dụng đồng hồ lượng tử, con quay hồi chuyển và từ kế cho phép tạo ra khả năng chống nhiễu và giả mạo các hệ thống định vị quan trọng của chúng ta".

Mạng điện quốc gia của Anh cũng đang nghiên cứu cách ứng dụng lượng tử vào quản lý tải điện thông minh, để điều phối hàng nghìn máy phát điện từ nhiều nguồn khác nhau theo thời gian thực, ngăn ngừa mất điện.

Airbus đã hợp tác với công ty lượng tử IonQ (Anh) để thử nghiệm các thuật toán dựa trên lượng tử được thiết kế để chất hàng lên máy bay hiệu quả hơn. Máy bay có thể phải tiêu tốn thêm hàng nghìn kg nhiên liệu chỉ vì trọng tâm của nó bị lệch đi một chút.

Bảo mật dữ liệu và ngày Q

Mọi thứ nghe có vẻ rất hứa hẹn nhưng vẫn còn một vấn đề lớn: Bảo mật dữ liệu.

Hầu hết chuyên gia đều đồng ý rằng các phương pháp mã hóa đang được dùng để bảo vệ dữ liệu cá nhân và tài liệu mật sẽ không còn an toàn trong tương lai. Lý do vì máy tính lượng tử có thể xử lý hàng tỉ tỉ khả năng chỉ trong thời gian ngắn, đủ để phá vỡ mọi lớp mã hóa hiện nay và giải mã dữ liệu.

Các quốc gia được cho là đã đánh cắp dữ liệu được mã hóa của nhau với mục đích có thể giải mã nó một ngày nào đó. "Đó gọi là thu hoạch trước, giải mã sau", Giáo sư Alan Woodward, chuyên gia an ninh mạng từ Đại học Surrey (Anh), cho hay.

“Lý thuyết về cách phá vỡ các hệ mã hóa khóa công khai hiện tại đã có rồi, chỉ còn chờ một máy tính lượng tử thật sự mạnh ra đời. Mối đe dọa này cao đến mức người ta cho rằng các tổ chức cần phải áp dụng mã hóa chống lượng tử ngay bây giờ”, ông nói thêm.

Thời điểm một máy tính lượng tử như vậy tồn tại đôi khi được gọi là ngày Q. Ước tính thời điểm nó xuất hiện rất khác nhau, nhưng Brian Hopkins cho rằng có thể sẽ xảy ra vào khoảng năm 2030.

Các công ty như Apple và nền tảng nhắn tin bảo mật Signal đã bắt đầu sử dụng những loại khóa mã hóa mà họ tin là có thể chống lại máy tính lượng tử, gọi là mã hóa hậu lượng tử. Tuy nhiên, những khóa này không thể áp dụng ngược lại cho dữ liệu cũ vốn đã được mã hóa bằng các phương pháp truyền thống và đó chính là vấn đề.

Vào tháng 10, Daniel Shiu, cựu giám đốc thiết kế mật mã tại GCHQ (Cơ quan tình báo, an ninh và mạng của Anh), nói với tờ Sunday Times rằng: “Gần như tất cả công dân Anh đều có thể bị xâm phạm dữ liệu trong các cuộc tấn công mạng mà chính quyền Trung Quốc hỗ trợ, với dữ liệu đó được lưu trữ cho thời điểm có thể giải mã và khai thác”.

Sơn Vân