Người “đứng sau” tương lai lượng tử của IBM

>> Chỉ bằng một dòng code, anh sinh viên giải được thách thức kéo dài 2 thập kỷ nay của máy tính lượng tử

Phòng thí nghiệm lượng tử của IBM nằm trong một tòa nhà hình lưỡi liềm nằm ở phía bắc New York. Đây chính là nơi làm việc của ông Chow từ năm 2010. Bắt đầu với vị trí nhân viên, ông dần thăng tiến lên cấp bậc quản lý, dẫn dắt IBM đạt được bước đột phá vào năm 2021: phá vỡ “rào cản 100 qubit” nổi tiếng của thế giới lượng tử.

Trong một bài thuyết trình TED Talk năm 2015, ông Chow đã giải thích về tầm quan trọng của điện toán lượng tử. Theo ông, hiện tại thế giới không có máy tính nào đủ hiện đại để giải thích hoạt động bên trong của các hạt tạo nên thế giới. Máy tính lượng tử có thể làm được điều này, thậm chí còn hơn vậy. Từ dữ liệu này con người có thể tạo nên những đột phá, chẳng hạn nhận biết sớm virus đại dịch, tạo ra pin tốt hơn cho xe điện, hoặc phương pháp điều trị ung thư.

Tuy nhiên để làm được điều này các nhà khoa học cần phải vượt qua một số rào cản cơ bản. Chẳng hạn việc vượt qua “rào cản 100 qubit” của ông đã được xem là thành tựu vượt bậc, tuy nhiên một máy tính để đáp ứng các mục tiêu trên phải cần vài triệu qubit.

Không chỉ IBM với sự dẫn dắt của Chow, mà Google, Intel, Microsoft và Amazon đều đang đầu tư vào nghiên cứu điện toán lượng tử của riêng họ. Trung Quốc cũng tham gia cuộc đua với việc đã phát triển được hai trong số những máy tính lượng tử mạnh nhất thế giới.

Những ngày đầu tiên

Lần đầu tiên Chow tiếp xúc với lượng tử là năm 2002, khi làm việc tại phòng thí nghiệm của Charles Marcus, một giáo sư lượng tử.

Trong máy tính truyền thống thì đơn vị dữ liệu nhỏ nhất là bit, với hai giá trị là 0 hoặc 1. Còn giá trị nhỏ nhất của điện toán lượng tử là qubit. Về cơ bản qubit là các hạt hạ nguyên tử như electron hay photon. Điều đặc biệt và cũng là bí ẩn cũng như sức mạnh của qubit là hạt này có thể là cả 0 lẫn 1 CÙNG MỘT LÚC.

Tuy nhiên các hạt này cực kỳ không ổn định. Vậy nên các nhà khoa học rất khó để giữ nó ở trạng thái ổn định đủ lâu để phục vụ các phép tính phức tạp.

Đến năm 2005, ông làm nghiên cứu sinh tại đại học Yale để nghiên cứu về hạt qubit. Tại đây ông gặp Jay Gambetta, một người theo chương trình sau tiến sĩ về vật lý lý thuyết. Ông Chow và Gambetta đều muốn cùng nhau tạo “cánh cửa” để ghép hai hạt qubit siêu dẫn.

Năm 2011, Chow là nhân viên nghiên cứu tại tại IBM và đã mời Gambetta về nhóm nghiên cứu. Hai người tiếp tục nghiên cứu tìm ra “cánh cửa” bằng cách mới: dùng vi sóng để kiểm soát thay vì từ trường.

Các thí nghiệm của họ thành công và họ bắt đầu hướng đến tìm ra những giải pháp để sử dụng phần cứng của IBM. Đến năm 2016, họ lần đầu tiên đưa bộ xử lý lượng tử lên dữ liệu đám mây. Với việc này, bất kỳ người nào được phê duyệt đều có thể kết nối với điện toán lượng tử một cách miễn phí.

Từ nhà nghiên cứu đến người quản lý

Kể từ năm 2014, ông Chow được thăng chức lên quản lý. Khi ấy, công việc hằng ngày của ông cũng thay đổi. Ông dành ít thời gian hơn cho phòng thí nghiệm, và dành rất nhiều thời gian cho các cuộc họp.

Hiện tại ông đang giám sát một số phòng thí nghiệm, mỗi phòng thí nghiệm chuyên nghiên cứu một vấn đề khác nhau về lượng tử, chẳng hạn cải thiện tính mạch lạc hoặc thời gian hạt qubit ở trạng thái ổn định.

Phải mất một thời gian Chow mới làm quen với việc quản trị con người. Tuy nhiên với những thành viên trong nhóm, bởi vì ông Chow từng làm nghiên cứu một thời gian dài, vậy nên ông trở thành người đứng đầu là điều không có gì phàn nàn.

Các khóa học về lượng tử

Theo Công ty Dữ liệu Quốc tế (IDC), thị trường điện toán lượng tử toàn cầu ước tính có giá trị 412 triệu USD năm 2020, và dự kiến đạt doanh thu 8,6 tỷ USD năm 2027.

Mục tiêu sau cùng của ông Chow là đưa điện toán lượng tử vào những công cụ hiện đại của khoa học, nghiên cứu và công nghiệp, để biến vô số ứng dụng tiềm năng của lượng tử trở thành hiện thực. Dù vậy hiện tại các ứng dụng của lượng tử chỉ mới là lý thuyết. Ông Chow, đồng nghiệp và những người còn lại trong giới lượng tử còn rất nhiều việc để làm.

Tuy nhiên vẫn có những tín hiệu đáng mừng. Chẳng hạn có ít nhất năm công ty điện toán lượng tử công khai kế hoạch về phần cứng điện toán “không có lỗi”.

So sánh với các đối thủ cạnh tranh trong giới, IBM dường như vẫn đang dẫn trước. Họ đã đầu tư vào việc xây dựng cộng đồng điện toán lượng, cũng như thiết lập cơ sở hạ tầng và mở những khóa học lượng tử cho học sinh và sinh viên, để có thêm nhiều người có thể tiếp cận thế giới lượng tử.

Theo đánh giá từ chuyên gia, về mặt kỹ thuật thì qubit của IBM không phải là hàng đầu. Chẳng hạn chất lượng qubit của Google tốt hơn. Tuy nhiên xét về các tác động lớn hơn, chẳng hạn giáo dục cộng đồng, tạo ra lực lượng lao động, v.v. thì IBM làm tốt hơn. Cách tiếp cận này có thể giúp IBM thành công. Bởi vì dẫn đầu không chỉ là về chất lượng của qubit, mà còn là cách thức tạo môi trường để công nghệ có thể được áp dụng.