Vào năm 2000, một giám đốc điều hành của Microsoft đã đưa ra lời mời hấp dẫn với nhà leo núi kiêm giáo sư vật lý Chetan Nayak: Hãy gia nhập Microsoft tại Redmond, bang Washington, Mỹ để cùng chinh phục đỉnh Mount Rainier — và xây dựng một máy tính lượng tử.
Chỉ trong vòng hai năm, Nayak đã chinh phục đỉnh núi cao nhất bang Washington. Nhưng hành trình chinh phục một chiếc máy tính lượng tử thực sự khả thi vẫn còn kéo dài.
Hầu hết các tập đoàn công nghệ lớn đều đang chạy đua để phát triển máy tính lượng tử, với hy vọng tạo ra bước đột phá trong các lĩnh vực như mã hóa và y học. Không giống như máy tính truyền thống sử dụng các bit chỉ có thể mang giá trị 0 hoặc 1, máy tính lượng tử sử dụng các qubit — có thể tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái 0 và 1. Điều này cho phép qubit xử lý nhiều thông tin hơn và thực hiện các phép tính phức tạp nhanh hơn theo cấp số nhân so với các máy tính thông thường.
Hiện tại, Nayak đang lãnh đạo một nhóm gồm hàng trăm nhà hóa học, kỹ sư và nhà toán học tại Microsoft, những người đã dành khoảng 20 năm để tìm cách xây dựng một máy tính lượng tử. Nhóm nghiên cứu của ông, có tên là Station Q, đang theo đuổi một phương pháp đầy rủi ro và ít được chấp nhận hơn so với chiến lược của các đối thủ như Google thuộc tập đoàn Alphabet.
Nếu thành công, Microsoft có thể vượt lên dẫn đầu trong lĩnh vực này và chấm dứt những lời hoài nghi từ cộng đồng công nghệ và khoa học.
Tháng trước, Microsoft tuyên bố đã phát triển được một con chip có khả năng tạo ra một hạt lâu nay vẫn được coi là khó nắm bắt - hạt Majorana. Đây là thành phần được cho là có thể trở thành nền tảng cho một máy tính lượng tử hữu dụng. Microsoft cho biết đây là bước đột phá có thể rút ngắn thời gian ra đời của máy tính lượng tử từ hàng thập kỷ xuống chỉ còn vài năm.
Nếu bước đột phá này thành công, Microsoft sẽ có cơ hội "bước lên đỉnh cao" của cuộc đua lượng tử - một chiến thắng thậm chí còn vĩ đại hơn cả khi chinh phục đỉnh Mount Rainier.
Dù một số nhà vật lý vẫn nghi ngờ về tính xác thực trong tuyên bố của Microsoft, CEO Satya Nadella dường như rất hào hứng khi cuối cùng công ty đã có thứ để "khoe" với thế giới. Theo một nguồn tin nội bộ, Microsoft đang chi khoảng 300 triệu USD mỗi năm cho nghiên cứu lượng tử - con số này tuy nhỏ so với các khoản đầu tư vào trí tuệ nhân tạo (AI), nhưng đã tích lũy trong hơn hai thập kỷ mà không mang lại nhiều kết quả đáng kể - cho đến bây giờ.
Sự tiến bộ này là một thay đổi lớn so với 7 năm trước, khi Nadella từng coi nỗ lực phát triển máy tính lượng tử của công ty là một dự án nghiên cứu không có tiềm năng thương mại, theo tiết lộ từ một người đã đọc email nội bộ của ông vào thời điểm đó.
Chetan Nayak, 53 tuổi, mô tả hành trình nghiên cứu lượng tử là chuỗi những bước tiến nhỏ, thỉnh thoảng được đánh dấu bởi những khoảnh khắc "eureka" hiếm hoi, như tuyên bố về hạt Majorana mới đây. Nhưng ngay sau đó, nhóm của ông lại phải quay về với nhịp độ nghiên cứu căng thẳng thường ngày.
"Thật sự rất, rất khó để giải thích điều này theo cách nào khác ngoài việc chúng tôi đang đi đúng hướng”, Nayak chia sẻ.
Hiện tại, Nayak duy trì liên lạc hàng ngày với các đồng nghiệp tại phòng thí nghiệm ở Santa Barbara, California, cũng như ở Redmond và châu Âu. Họ đều ý thức rõ rằng mình đang trong một cuộc đua khốc liệt.
Đáng chú ý, Google đã công bố một bước tiến trong công nghệ lượng tử bằng một phương pháp khác so với Microsoft vào tháng 12 năm ngoái. Công ty D-Wave Quantum cũng đưa ra tuyên bố về bước đột phá của họ trong tháng này.
Bất chấp áp lực từ các đối thủ, Microsoft đang đặt cược vào hướng đi đầy rủi ro của mình. Nếu phương pháp tạo hạt Majorana thành công, họ có thể tạo ra một lợi thế vượt trội, thay đổi hoàn toàn cục diện trong cuộc đua lượng tử.
Niềm say mê của Chetan Nayak với vật lý lượng tử bắt đầu từ khá sớm, khi anh còn là học sinh năm ba tại Trường Trung học Khoa học Stuyvesant ở Manhattan. Khi đó, một giáo viên đã tặng anh một cuốn sách về các bài giảng của nhà vật lý huyền thoại Richard Feynman - và từ đó, con đường nghiên cứu vật lý lượng tử của Nayak bắt đầu.
Vật lý lượng tử có lịch sử từ đầu thế kỷ 20, khi nó thách thức những khái niệm truyền thống về thực tại. Theo lý thuyết này, các hạt có thể tồn tại ở nhiều vị trí cùng một lúc và có thể tác động đến nhau ngay lập tức dù cách nhau những khoảng cách khổng lồ - một khái niệm làm lung lay nền tảng của vật lý cổ điển.
Trong nhiều năm qua, một số lãnh đạo tại Microsoft và các công ty công nghệ khác đã liên tục dự đoán rằng máy tính lượng tử thực sự- được vận hành bằng qubit sẽ có mặt trên thị trường trong vòng vài năm. Tuy nhiên, những dự báo này đã lặp lại trong hơn một thập kỷ mà chưa có kết quả cụ thể nào.
Việc Microsoft tuyên bố thành công trong việc tạo ra hạt Majorana - nền tảng cho máy tính lượng tử có thể là bước ngoặt, biến những lời hứa hẹn thành hiện thực và đưa công nghệ này ra khỏi phòng thí nghiệm để tiến đến ứng dụng thương mại.
Đối với Nayak, chặng đường phía trước vẫn còn nhiều thách thức. Nhưng với nền tảng vững chắc về lý thuyết và sự bền bỉ của nhóm nghiên cứu tại Station Q, Microsoft có thể là người chiến thắng trong cuộc đua đưa máy tính lượng tử ra thị trường.
Vấn đề lớn nhất của máy tính lượng tử từ trước đến nay là độ tin cậy. Tất cả các chip máy tính hiện nay, từ PC đến smartphone, đều có thể xảy ra lỗi - nhưng tỷ lệ lỗi đó là rất nhỏ và dễ dàng kiểm soát. Trong khi đó, trên các qubit, chỉ cần một nhiễu động nhỏ nhất cũng có thể dẫn đến hàng loạt sai sót liên tiếp, làm sụp đổ toàn bộ hệ thống tính toán lượng tử.
Dưới sự dẫn dắt của Chetan Nayak, Microsoft đang giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng một công nghệ mang tên siêu dẫn tô pô (topological superconductor). Trong công nghệ này, một electron đơn lẻ sẽ được trải ra trên một sợi dây siêu nhỏ, được làm lạnh gần tới độ không tuyệt đối (−273,15°C).
Việc "làm mờ" electron này sẽ tạo ra một hạt Majorana - loại hạt có những thuộc tính đặc biệt, cho phép sử dụng để tạo nên một qubit ổn định hơn. Điều này được kỳ vọng sẽ giúp qubit chống lại các nhiễu động từ môi trường, từ đó cải thiện đáng kể độ chính xác và khả năng mở rộng của máy tính lượng tử.
Tháng trước, Microsoft đã công bố trên tạp chí khoa học Nature rằng họ đã xác định thành công hạt Majorana và đo được thông tin bên trong nó. Đây là bước đột phá lớn, bởi việc tạo ra và kiểm soát hạt Majorana từ lâu đã được coi là một trong những rào cản lớn nhất trong lĩnh vực máy tính lượng tử.
Nếu Microsoft có thể duy trì sự ổn định của qubit thông qua công nghệ này, họ có thể sẽ vượt qua các đối thủ như Google và D-Wave, từ đó tạo ra một máy tính lượng tử thương mại hóa với độ chính xác và hiệu suất cao hơn bất cứ giải pháp nào hiện nay.
Không phải ai cũng tin tưởng vào tuyên bố của Microsoft về bước đột phá trong máy tính lượng tử. Một số nhà vật lý lượng tử cho rằng việc các nhà nghiên cứu của Microsoft tuyên bố đã quan sát được hạt Majorana chỉ là một ảo ảnh.
"Chetan Nayak đang điều hành một dự án lừa đảo bên trong Microsoft", Sergey Frolov, một nhà nghiên cứu lượng tử tại Đại học Pittsburgh, lên tiếng chỉ trích. Ông cho rằng có nhiều điểm bất thường trong dữ liệu được công bố, và nếu những sai lệch này được làm rõ, nó có thể thay đổi hoàn toàn tính xác thực của tuyên bố từ Microsoft.
Bất chấp những nghi ngờ, Jason Zander, giám đốc điều hành tại Microsoft, người phụ trách nhóm Station Q, khẳng định rằng ông hoàn toàn tin tưởng vào tính chính xác trong nghiên cứu của Nayak. Zander cho biết Microsoft sẽ sớm công bố các bài báo tiếp theo để làm rõ hơn về kết quả, và những công trình này đang được một nhóm nghiên cứu độc lập xem xét.
Người phát ngôn của Microsoft nhấn mạnh rằng công ty cam kết tuân thủ các tiêu chuẩn đạo đức khoa học nghiêm ngặt nhất: "Chúng tôi luôn duy trì các tiêu chuẩn đạo đức cao nhất trong mọi nghiên cứu và công bố khoa học".
Dù vấp phải sự hoài nghi từ một số chuyên gia, Microsoft vẫn kiên định với hướng đi đầy tham vọng của mình. Nếu những tuyên bố về hạt Majorana được xác thực, Microsoft có thể sẽ chiếm lợi thế trong cuộc đua phát triển máy tính lượng tử - nhưng nếu thất bại, điều này có thể trở thành một đòn giáng mạnh vào uy tín của công ty trong giới công nghệ và khoa học.
Nỗ lực của Microsoft trong việc phát triển máy tính lượng tử từng gặp phải thất bại đáng kể. Vào năm 2021, hai bài báo được công bố trên tạp chí Nature - dựa trên nghiên cứu một phần được Microsoft tài trợ về việc tạo ra hạt Majorana đã bị rút lại sau khi xuất hiện nhiều nghi vấn về tính xác thực của nghiên cứu.
Các giám đốc của Microsoft đã lên tiếng bảo vệ công ty, khẳng định rằng nghiên cứu này không được thực hiện bởi Station Q mà là từ một phòng thí nghiệm tại Hà Lan có mối liên hệ với Microsoft. Tuy nhiên, vụ việc này đã khiến uy tín của Microsoft trong lĩnh vực máy tính lượng tử bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Giờ đây, khi Microsoft tuyên bố đã thực sự tạo ra được hạt Majorana, Chetan Nayak đang tập trung vào việc cải thiện độ ổn định của các qubit và mở rộng quy mô chip lượng tử. Nayak hiểu rõ rằng thành công trong phòng thí nghiệm mới chỉ là bước đầu tiên - việc biến nó thành một cỗ máy lượng tử thực tiễn và có thể thương mại hóa sẽ là thử thách lớn hơn nhiều.
Dù dành gần như toàn bộ sự nghiệp của mình cho tham vọng lượng tử, Nayak thừa nhận rằng anh không muốn vẫn đang mày mò với chip qubit khi bước vào tuổi 70. Anh cũng muốn sớm dập tắt những lời trêu chọc từ các con của mình - đứa lớn nhất được sinh ra vào thời điểm anh gia nhập Microsoft.
"Mỗi lần tôi bảo bọn trẻ rằng chúng chưa dọn phòng, chúng sẽ đáp lại: ‘Bố cũng chưa tạo ra được máy tính lượng tử đấy thôi’”, Nayak cười chia sẻ.
Đối với Nayak, hành trình tạo ra máy tính lượng tử giống như một cuộc leo núi kéo dài hàng thập kỷ. Nhưng nếu Microsoft thực sự chinh phục được đỉnh cao này, họ sẽ không chỉ thay đổi ngành công nghệ mà còn viết lại tương lai của tính toán và trí tuệ nhân tạo.
Theo: WSJ