Tại sao IBM dồn toàn lực vào máy tính lượng tử?

Nửa thế kỷ trước, một nhà máy ở Poughkeepsie (New York) đã sản xuất hàng loạt phần cứng máy tính. Lợi nhuận từ các máy tính lớn đã thúc đẩy lương nhân viên, nghiên cứu khoa học và cổ tức, giúp IBM trở thành công ty có giá trị nhất hành tinh.

Giờ đây, IBM đã thu hẹp quy mô, phần lớn doanh thu đến từ phần mềm, chương trình và dịch vụ kinh doanh. IBM đang nghiên cứu một loại máy móc mới để trở lại thời kỳ hoàng kim. Poughkeepsie sẽ là nơi lắp ráp các máy tính lượng tử – thiết bị kỳ diệu để giải những bài toán mà máy tính thông thường không làm được.

Nếu máy tính lượng tử hoạt động đúng khả năng, các kỹ sư có thể sử dụng để tạo ra những bước tiến trong thiết kế thuốc, vắc-xin, pin và hóa chất. Năm 2024, Boston Consulting Group dự đoán đến năm 2040, nhà cung cấp phần cứng và phần mềm lượng tử sẽ thu về từ 90 đến 170 tỷ USD mỗi năm.

IBM bắt đầu nghiên cứu công nghệ lượng tử từ đầu thế kỷ 21. Người chỉ huy là Jay Gambetta, nhà vật lý 46 tuổi đến từ Úc, giám sát 3.000 nhân viên làm việc trên 6 châu lục. Ông không ngần ngại đầu tư và dành toàn bộ sự nghiệp của mình cho lĩnh vực này.

Gambetta gia nhập trung tâm nghiên cứu Watson của IBM, cách nhà máy Poughkeepsie 63km về phía Nam, vào năm 2011 sau thời gian dài làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Yale và giảng dạy ở Đại học Waterloo. Ông nói: “Dù tôi thích giảng dạy, nhưng thực sự tôi muốn xây dựng.”

Có nhiều cách để xây dựng nên một qubit, yếu tố lưu trữ thông tin của máy tính lượng tử. Bất kỳ cách nào cũng có thể dẫn đến chiến thắng trong cuộc đua. Ánh sáng được lượng tử hóa thành các hạt photon – một khám phá mang lại cho Albert Einstein giải Nobel. Ánh sáng cũng có thể tạo nên các qubit trong một số máy tính thử nghiệm. Các ion – nguyên tử mang điện tích, có thể là cơ sở của một hệ thống lượng tử. Hướng tiếp cận khác liên quan đến dòng điện chạy trong các dây siêu dẫn nhỏ, được đặt trên các mảnh silicon. Trong 3 năm từ khi Gambetta đến Watson, ông và đồng nghiệp đã đặt cược vào lựa chọn thứ 3, từ bỏ quang học, ion và các hướng nghiên cứu khác.

Phương pháp siêu dẫn liên quan đến một con chip được làm lạnh đến 0,75 độ, điều kiện cần thiết để chất siêu dẫn hoạt động và bảo vệ sự chuyển động tinh tế của các electron khỏi nhiễu nhiệt gây hại. Các phần tử hoạt động của chip, gọi là transmon, được điều khiển bằng xung vi sóng. Lệnh điều khiển của nó đến từ một máy tính thông thường đặt gần đó.

Điều thuận lợi là nhiệt độ thấp này có thể đạt được với các thiết bị mua sẵn. Sản xuất chip là điều mà IBM có thể tự làm và vi sóng, tương tự vi sóng dùng trong điện thoại di động, đã quá quen với các kỹ sư điện. Nhà vật lý Gambetta nói: “Chúng tôi không cần phải phát minh lại mọi thứ. Chúng tôi đã tận dụng 50 năm công nghệ radar và vi sóng, để tạo ra những nốt nhạc vi sóng tuyệt đẹp và trong trẻo để sử dụng.”

Bên cạnh IBM, một vài tập đoàn khổng lồ khác cũng đang nghiên cứu điện toán lượng tử. Một số công ty khởi nghiệp tuyên bố đã có đột phá. Tuy nhiên tất cả đều còn rất nhiều thứ phải làm, trước khi sở hữu sản phẩm tung ra thị trường. Viễn cảnh khó khăn đó không ngăn được nhà đầu tư đổ tiền vào.

Một công ty ở Hoboken bang New Jersey, là trường hợp đầy triển vọng. Công ty này ban đầu kinh doanh hộp mực in phun. Lĩnh vực đó không thành công, rồi chuyển sang phân phối đồ uống, nhưng cũng thất bại. Họ đổi tên thành Quantum Computing và bán các sản phẩm quang tử. Trang web của họ có đưa nội dung: “Tầm nhìn của chúng tôi là đưa điện toán lượng tử đến tay một tỷ người.” Gần đây, cổ phiếu của công ty được giao dịch với mức giá cao gần 9.500 lần doanh thu.

Có những tầm nhìn và cỗ máy song song đang hoạt động. IBM đã đưa máy tính lượng tử vào hoạt động tại Poughkeepsie, tại phòng thí nghiệm ở châu Âu và châu Á. Nhà khoa học tại Moderna, Cleveland Clinic, Oak Ridge National Laboratory và nhiều tổ chức khác đang chạy chương trình thử nghiệm trên những cỗ máy này. Mục đích là sẵn sàng cho các thuật toán khó, khi những máy tính lượng tử nhanh hơn, lớn hơn và ít lỗi hơn ra đời.

IBM thấy nhiều đối thủ đáng gờm đang tập trung vào công nghệ transmon. Ví dụ gã khổng lồ công nghệ Google. Liệu cách tiếp cận của Google có thể giành chiến thắng? Chuyên gia Gambetta cho rằng, điều này khó xảy ra nhưng vẫn nghiêm túc nghĩ về nó. Ông chú trọng tuyển dụng kỹ sư từ đối thủ đang theo đuổi công nghệ khác, để tìm ra thiếu sót trong công nghệ IBM đang nghiên cứu.

Một số công ty đã công bố kết quả ấn tượng ban đầu trong quá trình thử nghiệm quy mô nhỏ. Bước nhảy vọt trong máy móc lớn hơn, đòi hỏi độ chính xác cao trong chế tạo các phân tử lượng tử và mạch điều khiển. Chuyên gia Gambetta tự đặt câu hỏi: “Các ông có kế hoạch mở rộng quy mô công nghệ đó không? Các ông đang xây dựng nhà máy với nhiều khâu đóng gói sao?”

Một vấn đề đặt ra là các qubit dễ bị lỗi. Khi chương trình tính toán trở nên phức tạp và liên quan đến nhiều qubit hơn, lỗi có thể tích lũy đến mức kết quả đọc ra trở nên vô nghĩa. Các nhà nghiên cứu đang tìm cách khắc phục quá trình này, như sử dụng qubit dự phòng để giữ cho nhau hoạt động đồng bộ. Nhưng phương án đó tăng thêm độ phức tạp và nhiều cơ hội xảy ra lỗi hơn.

SÁCH LƯỢC

Tác giả: William Baldwin 

Hai nhà cung cấp lâu đời về máy móc xử lý dữ liệu cùng xuất hiện trong một phòng thí nghiệm ở Kobe (Nhật Bản). Một máy tính lượng tử do IBM chế tạo và một máy tính cổ điển nhanh nhạy do Fujitsu sản xuất. Cả 2 có thể thực hiện 537 triệu tỷ phép tính chính xác mỗi giây. Bạn sẽ hồi hộp khi đầu tư vào một công ty khởi nghiệp về lượng tử, nhưng kết quả chỉ xuất hiện trong một hoặc 2 thập niên tới. Bạn có thể chọn con đường an toàn hơn. Fujitsu và IBM giữ một phần quan trọng của tương lai công nghệ lượng tử và trí tuệ nhân tạo. Dù vẫn đang “dò đường”, nhưng 2 công ty được dự đoán sẽ thu lợi nhuận ổn định từ máy chủ, phần mềm và tư vấn.

William Baldwin là người phụ trách chuyên mục Chiến lược đầu tư của Forbes.

Google tuyên bố rằng, họ có một hệ thống sửa lỗi được cải tiến đáng kể. IBM cũng đưa ra câu trả lời cho vấn đề này trên một tạp chí khoa học. Chuyên gia Gambetta chia sẻ: “Chúng tôi có lộ trình minh bạch cho việc sửa lỗi ở quy mô lớn.”

Điện toán lượng tử dựa trên 2 đặc điểm kỳ lạ của tự nhiên, được phát hiện cách đây một thế kỷ. Đầu tiên ở cấp độ thời tiết, vị trí và thuộc tính của các vật thể không phải là “ở đây” hay “ở đó”. Khi được đo, chúng có một xác suất nhất định là “ở đây”, và một xác suất nhất định khác là “ở đó”. Đấng tạo hóa đang chơi trò xúc xắc.

Một hiện tượng phản trực giác khác, là 2 vật thể khác biệt có thể liên kết với nhau, ngay cả khi chúng bị tách rời. Thậm chí khi đo một vật thể này, nhưng kết quả cho ra vật thể kia. Sự thật trên đã làm Albert Einstein băn khoăn. Ông gọi đó là hiện tượng “spukhafte fernwirkung”, tức “tác động của ma quái”.

Hiện tượng “dính líu” này có thể xảy ra, nhưng không nhất thiết phải ở khoảng cách dưới nguyên tử. Giải Nobel vật lý 2025 đã trao cho các nhà khoa học chứng minh được rằng, hiện tượng trên có thể diễn ra trên một khoảng cách nhìn thấy bằng mắt thường. Với thực tế trên, các kỹ sư IBM sẽ đẩy mạnh công nghệ vi sóng. Họ đang mở rộng quy mô máy tính lượng tử theo kiểu module, kết nối 2 hoặc nhiều tủ chip siêu dẫn siêu lạnh, với các qubit trong tủ này “dính líu” với qubit trong tủ tiếp theo. Einstein nếu còn sống, chắc hẳn sẽ kinh hoàng lắm!

Máy tính thông thường hoạt động theo cách xác định, số 0 trở thành số 1 dựa vào tập hợp quy tắc chính xác. Máy tính lượng tử thực hiện các bước di chuyển không rõ ràng. Các xung lực được gửi đến một qubit sẽ đẩy nó theo một hướng hoặc hướng khác. Nếu tác động nhỏ được sắp xếp khéo léo, và nếu chúng tác động đồng thời lên các qubit “dính líu”, hiệu ứng của chúng là dần đẩy giá trị xác suất của mỗi qubit về phía 0 hoặc 1, theo cách các qubit thể hiện giải pháp khả thi cho một vấn đề. Đây là quá trình phức tạp, liên quan đến nhiều chu kỳ tác động nhỏ, với siêu chip dẫn thường xuyên quay lại máy tính thông thường để xin lời khuyên cho việc cần làm tiếp theo.

Hãy xem xét vấn đề công ty quản lý tài sản Vanguard của Mỹ đối mặt, khi cập nhật quỹ ETF trái phiếu miễn thuế trị giá 44 tỷ USD. Có ít nhất 63.000 trái phiếu để lựa chọn. Họ chọn 9.800 trái phiếu, cố gắng tìm ra sự kết hợp mang lại lợi suất tốt đồng thời giảm thiểu rủi ro. Có rủi ro nhất định khi cho Chicago vay tiền, cùng lúc với cho Illinois, vì cả 2 đều có nguy cơ phá sản bởi các công đoàn đang khao khát tiền lương hưu. Nhiều ràng buộc, như giữ thời gian đáo hạn trung bình trong một phạm vi nhất định, khiến vấn đề trở nên khó khăn về mặt toán học.

Hiện tại, không có cách nào tìm ra giải pháp tối ưu. Vanguard đã làm tốt nhất có thể, để một máy tính thông thường đưa ra câu trả lời có thể chấp nhận được. Quá trình này chỉ mất vài phút với vài trăm ngàn tỷ phép tính.

Điện toán lượng tử mang lại triển vọng có câu trả lời tốt hơn. Trong một thí nghiệm gần đây, IBM và Vanguard hợp tác khám phá điều gì sẽ xảy ra nếu bạn muốn lựa chọn tối ưu 109 chứng khoán. Thử từng sự kết hợp so sánh có vẻ không thực tế. Trên máy tính của Vanguard, nó cần thời gian chạy lâu hơn một chút so với tuổi của vũ trụ.

Máy tính lượng tử không cần phải xem xét từng tổ hợp một cách tuần tự. Nó xem xét tất cả khả năng cùng lúc, dò dẫm theo tín hiệu vi sóng để tìm điểm tối ưu. Nó mò mẫm tìm câu trả lời sau 4.200 phép toán tổng.

IBM cần đạt nhiều tiến bộ hơn nữa, để đưa ra những giải pháp như cho Vanguard. Theo tầm nhìn của công ty, năm 2029 họ sẽ cho ra đời một máy tính module có kích thước bằng một căn phòng tại Poughkeepsie, có thể chạy được 100 triệu cổng logic. Trước đó một thời gian, theo chuyên gia Gambetta, các máy nhỏ hơn hoạt động cùng máy tính truyền thống, sẽ có năng lực vượt trội so với máy tính cổ điển thuần túy trong các tác vụ như tối ưu hóa danh mục đầu tư. IBM hiện có 1 tỷ USD để tập trung vào những ưu tiên trên.

IBM cung cấp dịch vụ tin cậy cho rất nhiều ngân hàng và hãng hàng không, nhưng trong các lĩnh vực tiên tiến như lượng tử và trí tuệ nhân tạo, lại có vẻ tụt lại so với nhiều công ty khởi nghiệp nhanh nhẹn. Lý do có thể là hàng thế kỷ qua, công ty được điều hành bởi các nhân viên bán hàng. Hiện công ty có CEO là ông Arvind Krishna, kỹ sư điện sở hữu bằng tiến sĩ, người từng giữ chức vụ của chuyên gia Gambetta hiện nay.

Liệu công ty ở Hoboken, với kế hoạch hạt photon, có thể vượt lên trước IBM với kế hoạch transmon? Điều đó có thể xảy ra. Hoặc họ sẽ quay lại phân phối nước ngọt.

Một thế kỷ trước khi bước chân vào điện toán lượng tử, IBM đã góp phần thúc đẩy cuộc cách mạng trước đó, đưa giới doanh nghiệp bước vào thế kỷ 20 với hàng loạt công nghệ như cân điện tử, máy cắt lát, máy chấm công, máy tính bảng và máy tính chi phí.

Máy đánh chữ đã trở thành vật dụng thiết yếu ngay cả với những người kinh doanh nhỏ. Máy tính tiền và máy tính toán khác trước đây chỉ sử dụng trong doanh nghiệp lớn, đang trở nên phổ biến như máy đánh chữ. Phát minh gần đây đã mở rộng lĩnh vực máy tính toán và kế toán, đến mức tại các doanh nghiệp lớn, gần như không còn hồ sơ ghi chép bằng tay. Máy móc được chế tạo đơn giản và tương đối rẻ, chúng đang làm thay các công việc kế toán truyền thống.

IBM là tập đoàn mẹ, các công ty con gồm có Dayton Scale, Tabulating Machine và International Time Recording. Mỗi công ty được công nhận là đi tiên phong trong lĩnh vực của mình, như cân, máy tính bảng và ghi băng hình. Công ty mẹ được coi là một trong những tập đoàn hàng đầu toàn cầu. —Forbes, ngày 1.10.1928.

Biên dịch: NVP — Nội dung đã được đăng trên Tạp chí Forbes Việt Nam số tháng 1/2.2026.