Các công ty lớn nhất thế giới hiện đang tung ra các chương trình điện toán lượng tử và các chính phủ đang đổ tiền vào nghiên cứu lượng tử. Đối với các hệ thống chưa được chứng minh là hữu ích, máy tính lượng tử chắc chắn đang thu hút rất nhiều sự chú ý.
Lý do là vì máy tính lượng tử, mặc dù vẫn chưa đạt đến độ chín muồi, nhưng cuối cùng được kỳ vọng sẽ mở ra một kỷ nguyên điện toán hoàn toàn mới – một kỷ nguyên mà phần cứng không còn là trở ngại khi giải quyết các vấn đề phức tạp, nghĩa là một số phép tính sẽ mất nhiều năm hoặc thậm chí hàng thế kỷ để các hệ thống cổ điển hoàn thành có thể đạt được trong vài phút.
Từ việc mô phỏng các vật liệu mới và hiệu quả hơn đến việc dự đoán thị trường chứng khoán sẽ thay đổi như thế nào với độ chính xác cao hơn, sự phân nhánh đối với các doanh nghiệp là rất lớn. Dưới đây là tám trường hợp sử dụng lượng tử mà các tổ chức hàng đầu đang khám phá ngay bây giờ, có thể thay đổi hoàn toàn cuộc chơi trên toàn bộ ngành công nghiệp.
1. Khám phá các loại thuốc mới
Việc phát hiện ra các loại thuốc mới một phần dựa vào lĩnh vực khoa học được gọi là mô phỏng phân tử, bao gồm mô hình hóa cách các hạt tương tác bên trong phân tử để thử và tạo ra một cấu hình có khả năng chống lại một căn bệnh nhất định.
Những tương tác đó vô cùng phức tạp và có thể có nhiều hình dạng và hình dạng khác nhau, có nghĩa là dự đoán chính xác về cách một phân tử sẽ hoạt động dựa trên cấu trúc của nó đòi hỏi một lượng lớn tính toán.
Thực hiện điều này theo cách thủ công là không thể và quy mô của vấn đề cũng quá lớn đối với các máy tính cổ điển ngày nay. Trên thực tế, người ta cho rằng việc mô hình hóa một phân tử chỉ có 70 nguyên tử sẽ khiến một máy tính cổ điển mất tới 13 tỷ năm .
Đây là lý do tại sao việc phát hiện ra các loại thuốc mới lại mất nhiều thời gian: các nhà khoa học chủ yếu áp dụng phương pháp thử-và-sai, trong đó họ thử nghiệm hàng nghìn phân tử chống lại một căn bệnh mục tiêu với hy vọng rằng cuối cùng sẽ tìm thấy một kết hợp thành công.
Tuy nhiên, máy tính lượng tử có khả năng một ngày nào đó giải quyết vấn đề mô phỏng phân tử trong vài phút. Các hệ thống được thiết kế để có thể thực hiện nhiều phép tính cùng một lúc, có nghĩa là chúng có thể mô phỏng liền mạch tất cả các tương tác phức tạp nhất giữa các hạt tạo nên phân tử, cho phép các nhà khoa học nhanh chóng xác định các ứng cử viên cho các loại thuốc thành công.
Điều này có nghĩa là các loại thuốc cứu mạng, hiện đang mất trung bình 10 năm để đưa ra thị trường, có thể được thiết kế nhanh hơn – và tiết kiệm chi phí hơn nhiều.
Các công ty dược phẩm đang chú ý: đầu năm nay, gã khổng lồ chăm sóc sức khỏe Roche đã công bố hợp tác với Cambridge Quantum Computing (CQC) để hỗ trợ nỗ lực nghiên cứu giải quyết bệnh Alzheimer .
Và các công ty nhỏ hơn cũng đang quan tâm đến công nghệ này. Ví dụ, công ty khởi nghiệp sinh học tổng hợp Menten AI đã hợp tác với công ty ủ lượng tử D-Wave để khám phá cách các thuật toán lượng tử có thể giúp thiết kế các protein mới mà cuối cùng có thể được sử dụng làm thuốc điều trị.
2. Tạo ra pin tốt hơn
Từ việc cung cấp năng lượng cho ô tô đến lưu trữ năng lượng tái tạo, pin đã và đang hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang một nền kinh tế xanh hơn và vai trò của chúng chỉ cần phát triển. Nhưng chúng còn lâu mới hoàn hảo: dung lượng của chúng vẫn còn hạn chế và tốc độ sạc của chúng cũng vậy, có nghĩa là chúng không phải lúc nào cũng là một lựa chọn phù hợp.
Một giải pháp bao gồm tìm kiếm vật liệu mới có đặc tính tốt hơn để chế tạo pin. Đây là một bài toán mô phỏng phân tử khác – lần này mô hình hóa hành vi của các phân tử có thể là ứng cử viên tiềm năng cho vật liệu pin mới.
Tương tự như thiết kế thuốc, do đó, thiết kế pin là một công việc nặng về dữ liệu khác phù hợp với máy tính lượng tử hơn là một thiết bị cổ điển.
Đây là lý do tại sao nhà sản xuất ô tô của Đức Daimler hiện đã hợp tác với IBM để đánh giá cách máy tính lượng tử có thể giúp mô phỏng hành vi của các phân tử lưu huỳnh trong các môi trường khác nhau, với mục tiêu cuối cùng là chế tạo pin lithium – lưu huỳnh có hiệu suất tốt hơn, bền hơn và ít tốn kém hơn so với những loại lithium-ion ngày nay.
3. Dự đoán thời tiết
Bất chấp lượng lớn sức mạnh tính toán có sẵn từ các siêu máy tính tiên tiến hiện nay, các dự báo thời tiết – đặc biệt là các dự báo tầm xa hơn – vẫn có thể không chính xác một cách đáng thất vọng. Điều này là do có vô số cách mà một sự kiện thời tiết có thể tự biểu hiện và các thiết bị cổ điển không có khả năng lấy tất cả dữ liệu cần thiết để dự đoán chính xác.
Mặt khác, cũng giống như máy tính lượng tử có thể mô phỏng tất cả các tương tác hạt diễn ra bên trong một phân tử cùng một lúc để dự đoán hành vi của nó, vì vậy chúng có thể mô hình hóa cách vô số các yếu tố môi trường kết hợp với nhau để tạo ra một cơn bão lớn, một cơn bão hoặc một làn sóng nhiệt.
Và bởi vì máy tính lượng tử có thể phân tích hầu như tất cả các dữ liệu liên quan cùng một lúc, chúng có khả năng tạo ra các dự đoán chính xác hơn nhiều so với các dự báo thời tiết hiện tại. Điều này không chỉ tốt cho việc lập kế hoạch cho sự kiện ngoài trời tiếp theo của bạn mà còn có thể giúp các chính phủ chuẩn bị tốt hơn cho các thảm họa thiên nhiên, cũng như hỗ trợ nghiên cứu biến đổi khí hậu.
Nghiên cứu trong lĩnh vực này trầm lắng hơn, nhưng các mối quan hệ đối tác đang xuất hiện để có cái nhìn sâu hơn về tiềm năng của máy tính lượng tử. Ví dụ, năm ngoái, Trung tâm Dự báo Thời tiết Phạm vi Trung bình của Châu Âu (ECMWF) đã khởi động quan hệ đối tác với công ty CNTT Atos , bao gồm quyền truy cập vào trình mô phỏng điện toán lượng tử của Atos, nhằm khám phá cách điện toán lượng tử có thể ảnh hưởng đến dự đoán thời tiết và khí hậu trong Tương lai.
4. Chọn cổ phiếu
JP Morgan, Goldman Sachs và Wells Fargo đều đang tích cực điều tra tiềm năng của máy tính lượng tử để cải thiện hiệu quả hoạt động ngân hàng – một trường hợp sử dụng thường được đưa ra như một trường hợp có thể đi kèm với phần thưởng tài chính lớn.
Có một số cách mà công nghệ này có thể hỗ trợ hoạt động của các ngân hàng, nhưng một trong những cách đã cho thấy nhiều hứa hẹn là việc áp dụng tính toán lượng tử vào một quy trình được gọi là mô phỏng Monte Carlo.
Hoạt động của Monte Carlo bao gồm việc định giá các tài sản tài chính dựa trên cách giá của các tài sản liên quan thay đổi theo thời gian, có nghĩa là cần tính đến rủi ro vốn có trong các quyền chọn, cổ phiếu, tiền tệ và hàng hóa khác nhau. Về cơ bản, quy trình này chỉ tập trung vào việc dự đoán thị trường sẽ phát triển như thế nào – một bài tập trở nên chính xác hơn với lượng dữ liệu liên quan lớn hơn.
Theo nghiên cứu do Goldman Sachs cùng với công ty điện toán lượng tử QC Ware thực hiện, khả năng tính toán chưa từng có của máy tính lượng tử có thể tăng tốc độ tính toán của Monte Carlo lên tới 1.000 lần. Trong một tin tức hứa hẹn hơn nữa, các kỹ sư lượng tử của Goldman Sachs hiện đã điều chỉnh các thuật toán của họ để có thể chạy mô phỏng Monte Carlo trên phần cứng lượng tử có thể khả dụng trong thời gian ít nhất là 5 năm nữa.
5. Xử lý ngôn ngữ
Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã cố gắng dạy cho máy tính cổ điển cách liên kết nghĩa với các từ để cố gắng hiểu toàn bộ câu. Đây là một thách thức lớn đối với bản chất của ngôn ngữ, vốn hoạt động như một mạng lưới tương tác: thay vì là ‘tổng’ ý nghĩa của từng từ riêng lẻ, một câu thường phải được hiểu như một tổng thể. Và đó là trước cả khi cố gắng giải thích cho sự mỉa mai, hài hước hoặc hàm ý.
Do đó, ngay cả các thuật toán cổ điển xử lý ngôn ngữ tự nhiên (NLP) hiện đại nhất vẫn có thể gặp khó khăn để hiểu ý nghĩa của các câu cơ bản. Nhưng các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu xem liệu máy tính lượng tử có thể phù hợp hơn để biểu diễn ngôn ngữ dưới dạng mạng – và do đó, để xử lý nó theo cách trực quan hơn.
Lĩnh vực này được gọi là xử lý ngôn ngữ tự nhiên lượng tử (QNLP), và là trọng tâm chính của Máy tính lượng tử Cambridge (CQC). Công ty đã thực nghiệm cho thấy rằng các câu có thể được tham số hóa trên các mạch lượng tử , nơi các nghĩa của từ có thể được nhúng theo cấu trúc ngữ pháp của câu. Gần đây hơn, CQC đã phát hành lambeq, một bộ công cụ phần mềm cho QNLP có thể chuyển đổi các câu thành một mạch lượng tử.
6. Giúp giải quyết các vấn đề cho nhân viên bán hàng, đi du lịch
Một nhân viên bán hàng được đưa cho một danh sách các thành phố họ cần đến, cũng như khoảng cách giữa các thành phố và đưa ra lộ trình sao cho tiết kiệm thời gian đi lại nhất và tốn ít tiền nhất. Nghe đơn giản, ‘vấn đề nhân viên bán hàng lưu động’ là vấn đề mà nhiều công ty đang phải đối mặt khi cố gắng tối ưu hóa chuỗi cung ứng hoặc tuyến đường giao hàng của họ.
Với mỗi thành phố mới được thêm vào danh sách nhân viên bán hàng, số lượng các tuyến đường khả thi sẽ nhân lên. Và ở quy mô của một tập đoàn đa quốc gia, có khả năng xử lý hàng trăm điểm đến, vài nghìn đội tàu và thời hạn nghiêm ngặt, vấn đề trở nên quá lớn đối với một máy tính cổ điển có thể giải quyết trong bất kỳ thời điểm hợp lý nào.
Ví dụ, gã khổng lồ năng lượng ExxonMobil đã cố gắng tối ưu hóa lộ trình hàng ngày của các tàu buôn băng qua các đại dương – tức là hơn 50.000 tàu chở tới 200.000 container mỗi tàu, để vận chuyển hàng hóa với tổng giá trị 14 nghìn tỷ USD.
Một số thuật toán cổ điển đã tồn tại để giải quyết thách thức. Nhưng với số lượng lớn các tuyến đường có thể khám phá, các mô hình chắc chắn phải sử dụng đến đơn giản hóa và gần đúng. Do đó, ExxonMobil đã hợp tác với IBM để tìm hiểu xem các thuật toán lượng tử có thể thực hiện công việc tốt hơn hay không .
Khả năng thực hiện nhiều phép tính cùng lúc của máy tính lượng tử có nghĩa là chúng có thể chạy song song tất cả các tuyến đường khác nhau, cho phép chúng tìm ra giải pháp tối ưu nhất nhanh hơn nhiều so với một máy tính cổ điển, vốn sẽ phải đánh giá từng phương án một cách tuần tự.
Kết quả của ExxonMobil có vẻ đầy hứa hẹn: các mô phỏng cho thấy rằng các thuật toán lượng tử của IBM có thể cung cấp kết quả tốt hơn các thuật toán cổ điển một khi phần cứng được cải thiện.
7. Giảm tắc nghẽn
Tối ưu hóa thời gian của tín hiệu giao thông trong các thành phố để chúng có thể thích ứng với số lượng phương tiện đang chờ hoặc thời gian trong ngày, có thể đi một chặng đường dài theo hướng thông suốt luồng phương tiện và tránh ùn tắc tại các giao lộ đông đúc.
Đây là một vấn đề khác mà máy tính cổ điển gặp khó khăn: càng có nhiều biến, hệ thống càng phải tính toán nhiều khả năng trước khi tìm ra giải pháp tốt nhất. Nhưng đối với bài toán nhân viên bán hàng lưu động, máy tính lượng tử có thể đánh giá các tình huống khác nhau cùng một lúc, đạt được kết quả tối ưu nhất nhanh hơn rất nhiều.
Microsoft đã làm việc trên trường hợp sử dụng này cùng với Toyoto Tsusho và công ty khởi nghiệp điện toán lượng tử Jij. Các nhà nghiên cứu đã bắt đầu phát triển các thuật toán lấy cảm hứng từ lượng tử trong môi trường thành phố mô phỏng, với mục tiêu giảm tắc nghẽn. Theo kết quả mới nhất của thử nghiệm, phương pháp này có thể làm giảm thời gian chờ của lưu lượng truy cập lên tới 20% .
8. Bảo vệ dữ liệu nhạy cảm
Mật mã hiện đại dựa vào các khóa được tạo ra bởi các thuật toán để mã hóa dữ liệu, có nghĩa là chỉ các bên được cấp quyền truy cập vào khóa mới có phương tiện để giải mã thông điệp. Do đó, rủi ro gấp đôi: tin tặc có thể đánh chặn khóa mật mã để giải mã dữ liệu hoặc họ có thể sử dụng các máy tính mạnh để thử và dự đoán khóa đã được tạo ra bởi thuật toán.
Điều này là do các thuật toán bảo mật cổ điển có tính xác định: một đầu vào nhất định sẽ luôn tạo ra cùng một đầu ra, có nghĩa là với lượng công suất tính toán phù hợp, một hacker có thể dự đoán kết quả.
Cách tiếp cận này yêu cầu máy tính cực kỳ mạnh mẽ và không được coi là rủi ro ngắn hạn đối với tiền mã hóa. Nhưng phần cứng đang được cải thiện và các nhà nghiên cứu bảo mật đang ngày càng cảnh báo rằng sẽ cần đến các khóa mật mã an toàn hơn vào một thời điểm nào đó trong tương lai.
Do đó, một cách để củng cố các phím là làm cho chúng hoàn toàn ngẫu nhiên và phi logic – nói cách khác, không thể đoán được về mặt toán học.
Và hóa ra, tính ngẫu nhiên là một phần cơ bản của hành vi lượng tử: ví dụ, các hạt tạo nên một bộ xử lý lượng tử, hoạt động theo những cách hoàn toàn không thể đoán trước được. Do đó, hành vi này có thể được sử dụng để xác định các khóa mật mã không thể thiết kế ngược, ngay cả với siêu máy tính mạnh nhất.
Tạo số ngẫu nhiên là một ứng dụng của máy tính lượng tử đã gần được thương mại hóa. Ví dụ, công ty khởi nghiệp Nu Quantum có trụ sở tại Anh đang hoàn thiện một hệ thống có thể đo lường hành vi của các hạt lượng tử để tạo ra các luồng số ngẫu nhiên, sau đó có thể được sử dụng để xây dựng các khóa mật mã mạnh hơn.
Theo: Zdnet.
