Tiến gần hơn tới việc giải mã “những bí ẩn” của tự nhiên và vũ trụ

Chỉ cần tưởng tượng đến viễn cảnh máy tính lượng tử “Made in Japan” thống lĩnh thế giới cũng đã khiến người ta thấy hào hứng. Một ngành công nghiệp hoàn toàn mới – đã rất lâu mới xuất hiện – có khả năng sẽ ra đời tại Nhật Bản. Trước đây, điện thoại di động từng có kích thước to đến mức phải đeo trên vai, nhưng dần dần đã được thu nhỏ để vừa trong lòng bàn tay. Máy tính lượng tử hiện nay đang ở đúng giai đoạn “điện thoại đeo vai”. Ngay cả hệ thống tại Kawasaki cũng cao khoảng 3 mét.

Thu nhỏ hóa vốn là “ngón nghề” của Nhật Bản. Với bàn tay của các kỹ sư Nhật, việc làm cho chúng nhỏ lại chắc chắn sẽ được thực hiện trong thời gian không xa.

Cho đến nay, đã đề cập đến việc máy tính lượng tử cho phép thực hiện những phép tính với tốc độ và quy mô vượt trội. Với năng lực phi thường này, rất nhiều điều mới sẽ trở nên khả thi. Ví dụ: thông qua việc tính toán ở cấp độ điện tử của từng vật chất (tính toán vật liệu), con người có thể phát triển những loại thuốc hoàn toàn mới hoặc các loại pin hiệu suất cao hơn. Thông qua tính toán tối ưu tổ hợp, có thể giảm thiểu ùn tắc giao thông, hay xây dựng những quỹ đầu tư có danh mục cổ phiếu tối ưu nhất.

Tuy nhiên, đó mới chỉ là khởi đầu. Đến khoảng năm 2040, máy tính lượng tử có thể sẽ giúp giải mã vô số bí ẩn trong thế giới mà con người đang sống – từ thực vật, động vật… cho đến cả những bí ẩn của vũ trụ. Có thể xem máy tính lượng tử như một loại kính hiển vi hoàn toàn mới, cho phép con người “nhìn trộm” vào thế giới tự nhiên.

Vì sao bụi tre ở góc vườn sau có thể cao lên cả 1 mét chỉ sau một đêm?
Vì sao chim di cư với thân hình nhỏ bé lại có thể bay xa đến vậy mà không hề lạc đường?
Vì sao bộ não con người – chỉ với lượng điện năng rất nhỏ (khoảng 20 watt) – lại có thể xử lý những điều phức tạp đến thế?

Người ta cho rằng, trong thế giới tự nhiên của động vật, thực vật và vi sinh vật, có tồn tại những “hệ lượng tử” – chẳng hạn như khả năng tạo ra những cấu trúc mà ngay cả hóa học tiên tiến cũng không tổng hợp được, nhưng tự nhiên lại có thể hình thành ở điều kiện nhiệt độ bình thường.

Với máy tính truyền thống, mọi dữ liệu đều phải được quy về dạng 0 và 1 để đưa vào xử lý. Khi được hỏi, các nhà nghiên cứu cho biết rằng khi cố gắng số hóa những trạng thái tự nhiên phức tạp, 0 và 1 là không đủ để biểu diễn, nên buộc phải dùng các giá trị xấp xỉ, dẫn đến việc độ chính xác bị hi sinh.

Ngược lại, máy tính lượng tử có thể xử lý thông tin lượng tử (trạng thái tự nhiên) dưới dạng trạng thái lượng tử đúng nghĩa – tức là được số hóa mà vẫn giữ nguyên bản chất tồn tại và lưu trữ của nó, không làm phá hủy trạng thái đó. Chính điều này được kỳ vọng là chìa khóa giúp con người giải mã những điều bí ẩn của tự nhiên. Dĩ nhiên, những lĩnh vực mà máy tính truyền thống giỏi vẫn sẽ tiếp tục tồn tại song song.