John Martinis: Xây dựng lượng tử

John Martinis và cộng sự tại Google. nguồn: Nature

Vào giữa những năm 1980, khi còn là sinh viên, John Martinis tới dự một bài giảng mà ông không ngờ nó đã trở thành tâm điểm cuộc đời khoa học của mình. Khi đó, nhà vật lý nổi tiếng Richard Feynman đã thảo luận với mọi người ý tưởng sử dụng các đặc tính lượng tử của các hạt để tạo ra các chiếc máy tính có thể làm được những điều mà những máy tính thông thường không thể thực hiện được. “Với tôi, rõ ràng đây là một ý tưởng vĩ đại khiến tôi cảm thấy hào hứng khi nghiên cứu về nó”, Martinis nói.

Vào tháng 10 vừa qua, Martinis đã tiến một bước hướng tới giấc mơ của Feynman. Ông dẫn dắt công trình nghiên cứu về máy tính lượng tử của một nhóm các nhà khoa học tại Google và nhóm này mới thông báo đã thiết kế được chiếc đầu tiên: một máy tính lượng tử có thể khiến thực hiện một tính toán nhanh hơn máy tính cổ điển có năng lực tính toán bậc nhất. “Việc thực hiện thí nghiệm này là một điểm nổi bật trong sự nghiệp của tôi,” Martinis nói.

Nhà vật lý này làm việc tại cả Google và trường đại học California tại Santa Barbara, và dành 17 năm để phát triển phần cứng đã góp phần làm nên Sycamore, cỗ máy tính lượng tử của gã khổng lồ công nghệ này. Tại trung tâm của Sycamore là những cuộn siêu dẫn nhỏ bé mà người ta gọi là bit lượng tử, các hệ lượng tử được coi là tồn tại trong các trạng thái phức tạp cho đến khi chúng được quan sát. Các nhà vật lý đã suy nghĩ một cách lý thuyết từ lâu là các tương tác giữa các bit lượng tử có thể cho phép các máy tính trội hơn các tính toán hiện tại, như such as probing otherwise unsearchable databases and cracking conventional encryption.

Một nhóm nghiên cứu gồm khoảng 70 nhà nghiên cứu và kỹ sư đã chứng tỏ, với một thách thức cụ thể – tính toán sự lan truyền kết quả từ một loại máy chuyên sản sinh ra một số lượng lớn các số ngẫu nhiên lượng tử, Sycamore có thể chỉ mất 200 giây để ước tính trong khi siêu máy tính hạng nhất mất cả 10.000 năm (tuy nhiên một số nhà khoa học đã lên tiếng là thực ra chỉ mất có một vài ngày).

Chiến công này phụ thuộc vào phần cứng được cải thiện để làm giảm bớt các tỷ lệ lỗi và kết nối của các bit lượng tử theo những cách mới. Một số nhà vật lý tranh cãi về ý nghĩa của dấu mốc này và sự giới hạn của ứng dụng thực tế. Nhưng Martinis cho rằng tầm quan trọng của thí nghiệm này nằm ở việc thực hiện được điều mang tính cơ bản: nó chứng minh hiểu biết của các nhà vật lý về các tương tác lượng tử - học hỏi về các hệ lượng tử nhỏ - vẫn đúng ở quy mô lớn và phức tạp. “Đây là thông tin vô cùng tốt”, ông nói.

Theo đánh giá của Hartmut Neven, người phụ trách phòng thí nghiệm Trí tuệ nhân tạo lượng tử của Google, Martinis có tâm thế của một người leo núi thực thụ và  ông thường áp dụng cách tiếp cận vấn đề cẩn trọng trong xây dựng phần cứng, trong đó mỗi bước đi liên tục phải được thực hiện với sự cải tiến thực sự. “Ý tưởng của John về một chủ nhật thư giãn là đến phòng thí nghiệm và gắn kết mọi thứ với nhau. Cuộc sống và công việc không thể chia tách”.

Martinis có nhiều ý tưởng mà ông đang ôm ấp hi vọng theo đuổi. Những ưu tiên trong tương lai của ông có cả việc tạo ra các chip lượng tử chất lượng cao hơn – các phương pháp đỉnh cao để hiệu chỉnh các lỗi do nhiễu gây ra – và mở cơ hội cho cả các nhà nghiên cứu bên ngoài sử dụng Sycamore thông qua hệ thống điện toán đám mây, để xem xét là liệu các thuật toán mà họ ứng dụng có thể hữu dụng không. Một trong các ý tưởng là một phương pháp xác minh các con số ngẫu nhiên có thực sự ngẫu nhiên. “Các nhà vạt lý như tôi không có khái niệm nghỉ ngơi,” ông nói với một nụ cười “Chúng tôi có rất nhiều việc phải làm.”

Anh Vũ dịch

Nguồn: https://www.nature.com/immersive/d41586-019-03749-0/index.html