Máy tính lượng tử là một trong ba công nghệ có thể thay đổi thế giới một cách sâu sắc và tạo nên cuộc đua sống còn giữa các quốc gia phát triển hàng đầu, trong đó sự so kè của Mỹ Trung là gay gắt nhất. Vậy rốt cuộc máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử là một máy tính hoạt động trên cơ sở của những hạt lượng tử, dựa trên các nguyên lý về sự chồng chập (quantum superposition) và vướng víu lượng tử (quantum entanglement) để thực hiện các phép toán trên dữ liệu đưa vào.

Không giống với các máy tính kỹ thuật số thông dụng ngày nay, dữ liệu được mã hóa thành số nhị phân (bit) là 0 và 1. Máy tính lượng tử sử dụng đơn vị là “qubits” (quantum bits, bits lượng tử) với các giá trị nằm trong khoảng từ 0 tới 1 hoặc có thể nhận được cả 2 giá trị 0 và 1 cùng một lúc.

Các máy tính lượng tử có hình dáng khá đặc biệt, chúng trông giống như một chiếc đèn chùm khổng lồ và một nhân trung tâm là một siêu chip với các qubit được sắp xếp theo dạng bàn cờ vua.

Nhân chip (qubits) có cấu tạo là các vi tụ điện được làm từ Niobium với độ cứng ngang với Titan. Con chip của máy tính lượng tử phải hoạt động trong môi trường hầu như không có áp suất khí quyển, nhiệt độ gần bằng không tuyệt đối (-273°C) và cách điện khỏi từ trường trái đất để ngăn các nguyên tử di chuyển, va chạm với nhau hoặc tương tác với môi trường.

Sức mạnh của máy tính lượng tử là vô hạn. Lấy ví dụ, để phá vỡ mã hóa RSA 2048-bit siêu máy tính nhanh nhất thế giới có thể mất khoảng 300 nghìn tỷ năm. Trong khi đó với máy tính lượng tử chỉ mất chưa đầy 8 tiếng.

Máy tính lượng tử có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như Tài chính, Quân sự, Điều chế thuốc, Năng lượng hạt nhân, Trí tuệ nhân tạo AI, Hàng không vũ trụ…

Máy tính lượng tử có hack được Bitcoin không?

Hiện tại mạng lưới Bitcoin được bảo mật bởi các máy tính trong mạng lưới sử dụng thuật toán mã hóa có tên gọi SH-256, đây là loại thuật toán mã hóa được tạo ra bởi Cơ quan An ninh Quốc gia Hoa Kỳ. Việc phá các thuật toán mã hóa này là một nhiệm vụ bất khả thi đối với máy tính thông thường, nhưng đối với máy tính lượng tử thì lại là một câu chuyện khác. Với khả năng khai thác các đặc tính của vật lý lượng tử để tăng tốc độ tính toán, máy tính lượng tử về mặt lý thuyết hoàn toàn có thể bẻ khóa được lớp bảo mật của Bitcoin.

Thông thường, mọi giao dịch Bitcoin phải được “xác thực” bằng mạng lưới máy tính của thợ đào trước khi nó được bổ sung vào chuỗi Blockchain, một sổ cái không thể thay đổi cho dù ai đang sở hữu nó. Mọi giao dịch được gán cho một khóa mã hóa trong quá trình xác thực và nếu phá vỡ được khóa mã hóa đó, bạn sẽ nắm quyền kiểm soát các Bitcoin này.

Các giao dịch được thông báo và có một khóa mã hóa liên quan đến giao dịch đó. Sẽ có một khoảng thời gian ít ỏi mà khóa mã hóa dễ bị tấn công và chỉnh sửa, nhưng nó chỉ kéo dài trong 10 phút hoặc 1 giờ, lâu nhất là một ngày.

Nhóm chuyên gia đã tính toán rằng việc phá vỡ khóa mã hóa của Bitcoin trong vòng 10 phút yêu cầu một máy tính lượng tử có 1,9 tỷ qubit, trong vòng 1 tiếng thì cần một máy tính lượng tử có 317 triệu qubit. Thậm chí nếu khoảng thời gian được nâng lên là một ngày, thì máy tính lượng tử cũng cần phải có 13 triệu qubit mới có thể phá vỡ được lớp khóa mã hóa của Bitcoin.

Thông tin này giúp các nhà đầu tư bitcoin cảm thấy yên tâm hơn phần nào vì hiện tại máy tính lượng tử lớn nhất trên thế giới cũng mới chỉ có 433 qubit. Về mặt lý thuyết, các máy tính lượng tử hiện tại cần lớn hơn gấp hàng triệu lần mới có thể đe dọa đến lớp mã hóa của Bitcoin, và điều này khó có thể xảy ra trong vòng 10 năm nữa.

Mặc dù Bitcoin có thể tạm “an toàn” trong tương lai gần, nhưng không có nghĩa là nó an toàn mãi mãi. Với sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ rất nhiều sự kiện thú vị vẫn còn ở phía trước.

Tương lai của máy tính lượng tử.

Cuộc chạy đua xây dựng các máy tính lượng tử chẳng khác nào một cuộc “chạy đua vũ trang”, bất kì ai hay quốc gia nào tạo ra được máy tính lượng tử, đều có thể nắm bắt rất nhiều lợi thế.

Mỹ, Đức, Pháp và Ấn Độ đã khẳng định tài trợ hàng tỷ USD cho nghiên cứu công nghệ lượng tử vài năm tới. Trong khi đó, Trung Quốc, không công bố con số cụ thể về khoản đầu tư của mình.

So với Mỹ, Trung Quốc đi sau trong lĩnh vực điện toán lượng tử nhưng lại đang có cách tiếp cận hiệu quả. Đầu tiên, họ tìm cách thống trị một lĩnh vực liên quan là truyền thông lượng tử nhằm phát triển thuật toán mã hóa gần như không thể bị bẻ khóa. Sau khi đã xây dựng mạng liên lạc lượng tử đầu tiên trên thế giới bằng các vệ tinh tiên tiến. Bắc Kinh đã chuyển sự chú ý sang tính toán lượng tử. Ngày càng có nhiều dự án nghiên cứu và đột phá mới đến từ Trung Quốc.

Thống kê đầu năm 2021 của Valuenex cho thấy, Trung Quốc nắm giữ hơn 3.000 bằng sáng chế liên quan đến công nghệ lượng tử, nhiều gấp đôi so với Mỹ và gấp ba lần Nhật Bản.

Ngoài các chính phủ thì các tập đoàn công nghệ lớn cũng không đứng ngoài cuộc đua này.

Google, Microsoft, IBM, Amazon và những công ty công nghệ khác đã đầu tư nhiều nguồn lực vào lĩnh vực này trong cuộc đua trở thành người đầu tiên đưa năng lực tính toán lượng tử vào thị trường đại chúng.

Công ty IBM công bố Bộ xử lý Osprey 433 qubit mạnh hơn bất kỳ bộ xử lý cùng loại nào trước đây. IBM cho biết số lượng bit cần thiết để biểu thị một trạng thái trên Osprey vượt xa toàn bộ số lượng nguyên tử trong vũ trụ.

Ngoài ra còn có Jiuzhang 2 của Trung Quốc với 66 qubit, Sycamore của Google với 55 qubit…

Mặc dù đã đạt được một số bước đột phá trong nghiên cứu lượng tử, nhưng con đường tới một tương lai “lượng tử” sẽ còn rất xa, và sẽ có rất nhiều trở ngại trên con đường đó. Các nhà nghiên cứu ước tính việc xây dựng một máy tính lượng tử có sức mạnh hàng triệu qubit, khả năng phải mất một thập kỷ hoặc hơn để chế tạo. Và ít nhất cũng cần 40 tới 50 năm nữa chúng ta mới có được những chiếc máy lượng tử ứng dụng vào thị trường phổ thông đại chúng.