Tương lai của chúng ta ở đây...???

vào một ngày đẹp trời IBM gã khổng lồ trong lĩnh vực máy tính tự dưng từ bỏ những cái mà con người ta gọi là PC mà IBM đã gầy dựng bao nhiêu tiền bạc và công sức, nó cũng đã từng đem lại bao nhiêu nguồn lợi cho gã khổng lồ này, 

tại sao vậy???

máy tính lượng tử & An ninh quốc gia.

1. Máy tính lượng tử là gì, cơ chế hoạt động
“Mặc dù chúng ta còn chưa hiểu đầy đủ tầm mức các vấn đề để có thể cho ra đời một máy tính lượng tử, nhưng có nhiều lý do để tin rằng chiếc máy này sẽ là cuộc cách mạng trong ngành công nghệ thông tin”. Giáo sư vật lý Devoret, Đại học Yale, Mỹ.

Tính toán lượng tử: Tính toán lượng tử là một hệ thống tính toán dựa trên nguyên lý cơ học lượng tử, trong đó bit được thay thế bằng qubit.

Qubit: Một qubit là một bit lượng tử, một bit thông tin có khả năng lưu giữ đồng thời 2 giá trị 0 và 1. Như vậy một máy tính làm việc với qubit sẽ khác với bit thông thường ở khả năng dùng đồng thời các giá trị. Một Qubyte, được hình thành từ 8 qubit, có thể thể hiện 255 giá trị đồng thời. Mở rộng khái niệm này cho hệ thống nhiều qubyte, người ta thấy rằng hiệu năng tính toán của máy qubit vượt xa với cấp số mũ so với mọi loại máy tính hiện nay.

Căn cứ khoa học của Qubit: Khái niệm qubit có nguồn gốc từ cơ học lượng tử, môn khoa học nghiên cứu thế giới các hạt vô cùng nhỏ (hạt hạ nguyên tử). Người ta đã chứng minh được rằng một hạt hạ nguyên tử có nhiều trạng thái đồng thời bởi vì khi momen (khối lượng và vận tốc) của hạt bị đo đạc thì hạt thay đổi. Đây là sự kiện xảy ra với các hạt vận chuyển rất nhanh, gần bằng tốc độ ánh sáng.

Lợi ích của Qubit: Khi tổ hợp các qubit với nhau, thì tổ hợp đó sẽ lưu giữ thông tin lớn gấp bội (cấp mũ) hệ thống bits. Các phép toán logic cũng mạnh hơn logic nhị phân. Như vậy, máy tính lượng tử sẽ xử lý thông tin phức tạp nhanh hơn nhiều máy tính hiện nay. Có lẽ ứng dụng chính của nó sẽ là các lĩnh vực mã hoá, giải mã, chạy mô hình, quản lý cơ sở dữ liệu, nhận dạng tiếng nói, nhận dạng cấu trúc và trí tuệ nhân tạo. Hơn nữa, đó là Internet lượng tử. Internet lượng tử dựa trên một nguyên lý của Cơ học lượng tử đã chứng minh là: hai hạt ràng buộc có tính chất cảm nhận nhau tức thì, nghĩa là khi một hạt thay đổi trạng thái thì hạt kia ngay tức thì (vận tốc vô hạn) cũng thay đổi trạng thái theo, bất kể chúng nằm xa nhau đến mấy trong vũ trụ. Như vậy, Internet lượng tử cho phép truyền thông tin từ vị trí này đến vị trí khác mà không cần một vận chuyển vật lý nào ngoài việc thay đổi trạng thái của hạt ràng buộc này thì hạt ràng buộc kia nhận thông tin tức thì. Tuy nhiên, thực tế hoá máy tính lượng tử vẫn còn ở bước sơ khai, chủ yếu là nghiên cứu lý thuyết.

2. Sức mạnh của máy tính lượng tử và vấn đề an ninh quốc gia

Tốc độ tính toán xử lý: Một máy tính lượng tử chỉ với 30 qubit đã đạt tốc độ tính toán 10 teraops (mười tỷ tỷ phép toán trên một giây). Trong khi đó máy siêu tính nhanh nhất ngày nay, với hàng tỷ bit, chỉ là 2 teraops. “Không có gì trên Internet là an toàn… với máy 30 qubit, các phương pháp mật mã ngày nay là vô nghĩa… Theo định luật moore, có thể tiên đoán máy tính 30 qubit sẽ thành hiện thực sau 5 năm nữa.” Giáo Laflamme, đại học Caliphonia (2002).

Khả năng giải mã thông tin: Để có thể giải mã những hệ thống mật mã phức tạp nhất, thường áp dụng cho các thông tin bí mật quốc gia, các máy siêu tính ngày nay phải chạy trong hàng triệu năm. Trong khi đó, một máy tính lượng tử hoàn chỉnh, với nhiều qubit, giải mã đó chỉ trong vòng vài phần giây. Người phát ngôn của Hãng NET Nhật bản, ngày 23 tháng 2 năm 2003, tuyên bố “Máy tính lượng tử hiện thực sẽ xuất hiện sau năm 2020”.

Khả năng tấn công: Khi đối phương có máy tính lượng tử, họ sẽ sử dụng khả năng truyền thông tức thì để gửi đến hệ thống máy tính ta một chùm hạt nhỏ ngẫu nhiên, nhưng những hạt này lại có mối quan hệ ràng buộc đồng cảm ứng nằm ở phía đối phương. Chùm hạt nhỏ này lại quá dễ dàng để có thể lọt qua các hệ thống lọc an ninh của hệ thống máy tính ngày nay (digital), bởi hệ thống lọc này không thể nhận biết tín hiệu siêu nhỏ của chùm hạt mà chỉ coi đó là nhiễu vô hại. Sau bước xâm nhập này, phía đối phương dựa trên chùm hạt nằm lại trên máy tính lượng tử (liên hệ ràng buộc với chùm hạt đã cấy vào hệ thống máy của ta) để tạo nên những phần mềm cực kỳ nguy hiểm gây rối ở mức bit. Như vậy, nhờ các hạt thâm nhập, đối phuơng có thể chuyển những nhiễu vô nghĩa (theo cách nhận biết của máy tính hiện nay) trở thành những chương trình nằm chờ phá hoại (virus) không thể phát hiện được. Và khi xung đột nổ ra, đối phương có thể phá hỏng toàn bộ hệ thống siêu lộ thông tin an ninh và quốc phòng của ta trong chớp mắt bằng cách ấn nút ra lệnh hoạt động cho các phần mềm virus nằm chờ.

Khả năng bảo mật và phòng thủ: Ngược lại, một câu hỏi đặt ra là liệu các hệ thống máy tính theo nguyên lí bit ngày nay có thể tấn công ngược lại (giải mã thông tin, vượt qua hàng rào bảo mật để cấy phần mềm gián điệp nằm chờ) máy tính lượng tử không? Câu trả lời chắc chắn là không, cho dù máy tính nguyên lý bit có hiện đại đến đâu đi nữa (cũng giống như cung tên, dù có cải tiến đến đâu, cũng không thể sánh với súng đạn, trong trường hợp này phải nói là không thể sánh với tên lửa). Câu khẳng định trên xuất phát từ một tính chất căn bản của hạt lượng tử là nếu có một thiết bị nào quan sát nó thì lập tức trạng thái của nó bị thay đổi. Nghĩa là, nếu ta có ý định đón gói tin mà máy tính lượng tử gửi đi, nhằm mục đích giải mã tin của đối phương, thì lập tức chùm hạt mang tin (thông qua trạng thái hạt) sẽ lập tức biến đổi trạng thái, tức là thông tin chùm hạt mang đi bị phá huỷ ngay. Nói cách khác truyền tin trên hệ thống mạng máy tính lượng tử là tuyệt đối an toàn. Còn việc gửi gói tin của máy tính bit (ngày nay) thâm nhập vào qubit của máy tính lượng tử để hòng ẩn nấp chờ đợi phá hoại, thì không cần nhiều tưởng tượng, ta thấy ngay việc đó không khác gì bắt voi núp lá sen.

“Từ buổi sơ khai, các dân tộc và quân đội luôn luôn chạy đua tìm kiếm công nghệ tốt nhất. Trong suốt kỷ nguyên không ổn định của chúng ta hiện nay, kỷ nguyên của các cuộc chiên tranh trên mạng máy tính, của vũ khí huỷ diệt hàng loạt, của các loại máy bay, tàu ngầm không người lái, cuộc chạy đua để chiếm thế thượng phong về khoa học không hề giảm xuống. Ngày nay chúng ta không được lặp lại lỗi lầm của vài thập kỷ vừa qua, kể từ buổi bình minh của Internet, trong việc phát triển các giao thức xử lý dữ liệu điện tử và quang học: an ninh quốc gia (bao gồm việc biến các công cụ máy tính mới thành vũ khí bảo vệ và tấn công) đã không được xem xét ngang tầm với việc phát triển khoa học thuần tuý cũng như việc phát triển những ứng dụng kỹ thuật mang tính thương mại lớn. Giờ đây chúng ta đang phải đối diện với vấn đề an ninh quốc gia trước cuộc bùng nổ không xa trong một lĩnh vực đầy hồi hộp: hiện thực hoá máy tính lượng tử.” Trích từ “Mối đe doạ của máy tính lượng tử”, Joe Buff – Chuyên gia an ninh và phòng thủ quốc gia, Viện nghiên cứu hải quân Mỹ, 13/8/2004.

3. Tình hình nghiên cứu phát triển máy tính lượng tử trên thế giới

Cuộc chạy đua nghiên cứu máy tính lượng tử trên thế giới đang rất sôi nổi, đặc biệt giữa các nước phát triển. dưới đây xin điểm lại một số sự kiện:

- 15/8/2000, Isaac Chuang trưởng nhóm nghiên cứu của Hãng IBM tuyên bố đã kiến trúc được máy tính 5 qubit.

- 19/12/2001, nhóm Chuang (IBM) chạy thử thuật toán phân tích thừa số trên máy 7 qubit.

- 26/9/2002, Dr. Team Ralph nhận giải thưởng 500 ngàn USD của viện nghiên cứu Úc vì đã có kết quả đột phá trong nghiên cứu truyền thông tức thời, giúp nước Úc trở thành một trong các nước đi đầu về máy tính lượng tử.

- 9/2002, Viện Keck của Los Angeles tài trợ 1,2 triệu USD thành lập trung tâm nghiên cứu máy tính lượng tử tại đại học Yale- 16/10/2002, Viện khoa học quốc gia Mỹ tài trợ 5 triệu USD cho nghiên cứu máy tính lượng tử tại Đại học Berkeley.

- 11/2002, J.You, J.Tai của Nhật, Franco Nori của Mỹ đã công bố một sơ đồ tính toán lượng tử mới hiệu quả cho các toán tử logic chỉ cần 1 qubit.- 20/2/2003, Tập đoàn NEC và RIKEN Nhật tuyên bố họ đã thành công lần đầu tiên trên thế giới khi tạo được trạng thái ràng buộc (entanglement) giữa hai qubit ở trạng thái rắn.

- 10/6/2003, Nhà khoa học Australia gốc Việt, Kiều Tiến Dũng, hiện là giáo sư vật lý lý thuyết Đại học Swinburne, trưởng nhóm nghiên cứu thuộc Cơ quan nghiên cứu quốc gia Australia, đã khám phá ra khả năng giải được những bài toán không giải được bằng computer lượng tử. Công trình này hiện đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Giáo sư Kiều Tiến Dũng cho rằng trong khoảng ba chục năm nữa computer lượng tử sẽ biến thành hiện thực.

- 15/8/2003, Ray Ashoori giáo sư khoa vật lý Học viện kỹ thuật Massachusetts, Mỹ, công bố thiết kế được bảng vi mạch máy tính lượng tử.

- 30/4/2004, Các nhà khoa học từ hai đại học Purdue and Duke, Mỹ, báo cáo kết quả mới tiến gần hơn đến máy tính lượng tử hiện thực. Họ đã kẹp được hai mảnh nhỏ (mỗi mảnh gồm khoảng chục điện tử) với nhau và gắn vào một chíp bán dẫn. Họ gọi đó là các “chấm lượng tử” làm bộ phận công tắc quan trọng nhất trong các chip máy tính. Máy tính tương lai dùng “chấm lượng tử” này để chứa và xử lý thông tin số sẽ mạnh hơn nhiều lần máy tính hiện nay. Thế hệ máy tính “chấm lượng tử” sẽ giải quyết được những bài toán mà máy tính hiện nay phải chạy hàng thế kỷ mới cho ra kết quả.

- 6/10/2004, Các nhà vật lý đại học tổng hợp Bonn, Đức, đã có kết quả quan trọng trong việc xử lý thông tin lượng tử trên các nguyên tử trung tính. Trong tạp chí 'Physical Review Letters' vol. 93 (2004), họ đã công bố phương pháp điều khiển thanh ghi lượng tử trong phòng thí nghiệm và tuyên bố 2 năm tới họ sẽ xây dựng được cổng tính toán lượng tử. Kết hợp hai bộ phận cơ bản này, thành ghi và cổng tính toán, người ta có cơ sở để xây dựng máy tính lượng tử thực sự bằng các nguyên tử trung tính.

- 10/11/2004, hai nhóm khoa học gia Đức (do Alfred Forchel, giáo sư vật lý đại học Würzburg, Đức cầm đầu) và Mỹ (do Galina Khitrova, giáo sư vật lý đại học Arizona, Mỹ, cầm đầu) đã tạo ra được trạng thái ràng buộc lượng tử giữa hạt ánh sáng và hạt vật chất trên cùng một tinh thể bán dẫn.

4. Ý kiến

Thế giới đang tập trung nghiên cứu lý thuyết cơ bản của máy tính lượng tử. Máy tính lượng tử cụ thể đang ở giai đoạn thử nghiệm từng bước rời rạc trong phòng thí nghiệm. Giai đoạn hiện nay là giai đoạn công khai các kết quả nghiên cứu khoa học về “cái máy” này. Do đó tất cả các viện, các trường đại học nghiên cứu máy tính lượng tử đều cần đến những bộ óc xuất sắc, những nghiên cứu sinh giỏi không phân biệt quốc tịch. Vì vậy, người viết bài này mong sớm cử ngay những nghiên cứu sinh, sinh viên xuất sắc ra nước ngoài học và nghiên cứu về “thứ vũ khí” siêu mới và nguy hiểm này - máy tính lượng tử.

(Hoàng Quang Tuyến)
http://www.danang.gov.vn/TabID/65/CID/749/ItemID/7938/default.aspx

xem thêm:
Thuyết Tương Đối & Thuyết Lượng Tử:
http://www.chungta.com/Desktop.aspx/ChungTa-SuyNgam/Vu-Tru/Thuyet_Tuong_Doi-Thuyet_Luong_Tu/

THẾ GIỚI LƯỢNG TỬ KỲ BÍ
http://www.vinabook.com/khoa-hoc-kham-pha-the-gioi-luong-tu-ky-bi-m11i29356.html