The promise of quantum computers | Matt Langione

Transcriber:

Translator: Nguyen Hue Reviewer: Giao Nguyen

Thách thức lớn nhất của thế kỉ 21 này là gì?

Hiện, ai cũng đoán là biến đổi khí hậu, y tế công, bất bình đẳng,

What will the biggest challenges of the 21st century turn out to be?

nhưng sự thật là ta chưa biết rõ.

Cái mà ta biết

Today, one might guess climate change, public health, inequality,

là siêu máy tính sẽ là một phần của giải pháp.

but the truth is we don't yet know.

Trong gần 100 năm,

sự phụ thuộc của ta vào các máy tính hiệu suất cao

What we do know

is that supercomputing will have to be part of the solution.

nhằm đối diện với những thách thức khẩn thiết

cứ thế lớn dần và lớn dần,

For nearly a hundred years,

từ bẻ mật mã của Đức quốc xã đến giải trình bộ gen con người.

our reliance on high-performance computers

in the face of our most urgent challenges

Bộ vi máy tính phát triển đáp ứng nhu cầu cấp thiết và phức tạp

has grown and grown,

ngày càng tăng của con người

from cracking Nazi codes to sequencing the human genome.

về việc nhỏ gọn hơn, nhanh hơn và tốt hơn qua mỗi năm,

Computer processors have risen to meet increasingly critical and complex demands

nếu không muốn nói là 1 phép màu

Nhưng có 1 vấn đề.

by getting smaller, faster and better year after year,

Vào thời điểm mà sự phụ thuộc của ta vào máy tính đang tăng nhanh hơn bao giờ hết,

as if by magic.

tiến triển trong năng lượng điện toán

But there's a problem.

At the very moment that our reliance on computers is growing faster than ever,

đang đi vào bế tắc.

Phép màu chỉ mới dừng ở mảng chi tiêu.

Thời gian không thể cấp bách hơn.

progress in compute power

Ta ít khi nói về nó, nhưng với những gì mà ta đã hoàn thiện với máy tính,

is coming to a standstill.

The magic is just about spent.

vẫn có vô số thứ mà máy tính không thể làm được.

The timing couldn't be worse.

We rarely talk about it, but for all that we've accomplished with computers,

cái giá phải trả cho doanh nghiệp và xã hội là rất lớn.

there remain a startling number of things that computers still can't do,

Mơ ước máy tính có thể chế ra thuốc ngay tức thì, trường hợp này,

vẫn chưa thành sự thật, dẫu đã 50 năm kể từ ngày nó được phát thảo.

at a great cost to business and society.

The dream of near-instant computational drug design, for instance,

Điều đó chưa bao giờ rõ ràng như bây giờ,

khi thế giới đang trong trạng thái cô lập và tê liệt,

has yet to come to fruition, nearly 50 years after it was first conceived.

khi chúng ta đang chờ đợi vacin Covid-19.

Never has that been clearer than now,

Nhưng việc tìm thuốc cũng chỉ là một lĩnh vực mà các nhà nghiên cứu đau đầu --

as the world sits in a state of isolation and paralysis,

as we await a vaccine for COVID-19.

và trong một số trường hợp, là hoàn toàn bí bách --

bởi sự bất cập của cả siêu máy tính nhanh nhất hiện nay,

But drug discovery is just one area in which researchers are beset --

đặt ra những ràng buộc lớn trong các lĩnh vực như biến đổi khí hậu,

and in some cases, blocked entirely --

by the inadequacy of even today's fastest supercomputers,

và trong việc tạo ra giá trị ở các lĩnh vực như tài chính và hậu cần.

putting great constraints in areas like climate change,

Trong quá khứ,

ta có thể nhờ cậy vào những siêu máy tính đơn thuần là tốt và nhanh hơn,

and in value creation in areas like finance and logistics.

cũng như phần nào nhỏ hơn và gọn hơn qua từng năm,

In the past,

nhưng không lâu nữa.

we could rely on supercomputers simply getting better and faster,

Giờ đây, ta đang vẽ nên một giới hạn về mặt vật lí.

as parts got smaller and smaller every year,

Các bóng điện dần nhỏ lại

và dần tiếp cận đến kích thước của một nguyên tử.

but no longer.

For now, we're drawing up against a hard physical limit.

Tình trạng đó dã dẫn đến một câu hỏi theo sau,

Transistors have become so minuscule

và đó là câu hỏi mà tôi đã dành nhiều năm qua

that they're fast approaching the size of an atom.

khuyến khích các nhà lãnh đạo doanh nghiệp vànhà làm luật hãy nắm bắt:

Such a state of affairs invites a natural follow-up question,

Nếu không phải là những siêu máy tính truyền thống,

and it's one that I've spent the last several years

thì liệu có thứ công nghệ nào

encouraging business leaders and policy makers to address:

sẽ giúp ta đối phó với những thách thức của thế kỉ 21 đây?

If not traditional supercomputers,

Chính là máy tính lượng tử.

what technology will emerge

Những chiếc máy tính lượng tử như này

to arm us against the challenges of the 21st century?

hứa hẹn sẽ giải quyết sự giới hạn của nguyên tử

bằng cách khai thác tính chất vật lý hạ nguyên tử

Enter quantum computing.

Quantum computers like this one

thứ vốn chưa từng được con người biết đến từ hàng trăm trước.

promise to address the atomic limitation

Nó hoạt động thế nào?

Điện toán lượng tử cho phép thoát khỏi hai ràng buộc chính

by exploiting subatomic physical properties

that weren't even known to man a hundred years ago.

của tính toán bán dẫn cổ điển.

Máy tính cổ điển hoạt động một cách xác định:

How does it work?

Quantum computing enables a departure from two major constraints

mọi thứ đều có hoặc không, bật hoặc tắt, không có ở giữa.

of classical semiconductor computing.

Chúng cũng hoạt động nối tiếp; chúng chỉ có thể làm một việc tại một thời điểm.

Classical computers operate deterministically:

everything is either yes or no, on or off, with no in between.

Máy tính lượng tử hoạt động về mặt xác suất, và quan trọng nhất,

They also operate serially; they can only do one thing at a time.

chúng hoạt động đồng thời, nhờ ba thuộc tính --

Quantum computers operate probabilistically, and most importantly,

xếp chồng, liên kết và tương hỗ --

they operate simultaneously, thanks to three properties --

cho phép họ khám phá nhiều khả năng cùng một lúc.

Minh họa diễn ra như nào, hãy tưởng tượng một máy tính cố gắng giải một mê cung.

superposition, entanglement and interference --

which allow them to explore many possibilities at once.

Máy tính cổ điển sẽ làm như vậy bằng cách vét cạn mọi con đường tiềm năng

To illustrate how this works, imagine a computer is trying to solve a maze.

theo một trình tự.

Nếu nó gặp chướng ngại vật trên con đường đầu tiên,

nó chỉ đơn giản là đưa ra đó là một giải pháp,

The classical computer would do so by exhausting every potential pathway

trở lại vị trí ban đầu

và thử con đường logic tiếp theo,

in a sequence.

If it came across a roadblock on the first path,

Vân vân và vân vân cho đến khi tìm được giải pháp phù hợp.

it would simply rule that out as a solution,

Một máy tính lượng tử có thể kiểm tra mọi con đường

revert to its original position

and try the next logical path,

and so on and so forth until it found the right solution.

đồng thời,

thực tế là giải quyết được mê cung chỉ trong một lần thử.

A quantum computer could test every single pathway

at the same time,

Khi nó xảy ra,

nhiều vấn đề phức tạp được đặc trưng bởi chất lượng mê cung này,

in effect, solving the maze in only a single try.

đặc biệt là mô phỏng và các vấn đề tối ưu hóa,

As it happens,

một số trong đó có thể được giải quyết nhanh hơn theo cấp số nhân

many complex problems are characterized by this mazelike quality,

với một máy tính lượng tử.

especially simulation and optimization problems,

Nhưng liệu có thực sự có giá trị với cái gọi là tăng tốc lượng tử này?

some of which can be solved exponentially faster

with a quantum computer.

Để tin rằng chúng ta cần siêu máy tính nhanh hơn,

But is there really value to this so-called quantum speedup?

trước tiên ta cần tin rằng vấn đề của ta thực sự cần tính toán trong tự nhiên

In order to believe that we need faster supercomputers,

Hóa ra là có nhiều như vậy, ít nhất là một phần.

we need to first believe that our problems are indeed computational in nature.

Để biết ví dụ, hãy chuyển sang sản xuất phân bón,

một trong những vấn đề nổi cộm trong khoa học về biến đổi khí hậu.

It turns out that many are, at least in part.

Cách sản xuất hầu hết phân bón ngày nay

For an example, let’s turn to fertilizer production,

là bằng cách kết hợp nitơ và hydro để tạo ra amoniac,

one of the hallmark problems in the science of climate change.

đó là thành phần hoạt chất.

The way most fertilizer is produced today

Quá trình hoạt động,

nhưng chỉ ở mức nghiêm trọng, tốn kém khổng lồ

is by fusing nitrogen and hydrogen to make ammonia,

cho các doanh nghiệp, những người chi tiêu 100 đến 300 tỷ mỗi năm,

which is the active ingredient.

The process works,

và với môi trường:

but only at a severe, a severe cost

ba đến năm phần trăm khí tự nhiên của thế giới

to businesses, who spend 100 to 300 billion every year,

được chi cho việc tổng hợp phân bón

and to the environment:

mỗi năm.

three to five percent of the world's natural gas

Vậy tại sao các nhà khoa học lại thất bại

trong việc phát triển một quy trình hiệu quả hơn?

is expended on fertilizer synthesis

Lý do là để làm được điều đó,

every single year.

So why have scientists failed to develop a more efficient process?

họ sẽ cần phải mô phỏng sự tương tác phân tử giống như mê cung

tạo nên trường tĩnh điện chất xúc tác chính là nitơase.

The reason is that in order to do so,

they would need to simulate the mazelike molecular interactions

Các nhà khoa học thực sự biết làm thế nào để làm điều đó ngày hôm nay,

that make up the electrostatic field of the key catalyst, nitrogenase.

nhưng sẽ phải mất 800.000 năm trên siêu máy tính nhanh nhất thế giới.

Scientists actually know how to do that today,

Với một máy tính lượng tử quy mô đủ,

but it would take 800,000 years on the world's fastest supercomputer.

ít hơn 24 giờ.

Một ví dụ khác, hãy quay trở lại việc khám phá thuốc,

diễn biến COVID-19 đã mang lại hình dung đối với hầu hết chúng ta

With a full-scale quantum computer,

less than 24 hours.

lần đầu tiên.

For another example, let's return to drug discovery,

Thiết kế vắc xin phòng bệnh truyền nhiễm như COVID-19,

a process COVID-19 has brought into sharp focus for most of us

từ việc xác định các trình điều khiển của căn bệnh này,

for the very first time.

Designing a vaccine for an infectious disease like COVID-19,

để sàng lọc hàng triệu của các chất kích hoạt và chất ức chế,

là một quá trình thường mất 10 năm hoặc hơn cho mỗi loại thuốc,

from identifying the drivers of the disease,

to screening millions of candidate activators and inhibitors,

90 phần trăm trong số đó không vượt qua được thử nghiệm lâm sàng.

is a process that typically takes 10 or more years per drug,

Chi phí cho các công ty dược phẩm là hai đến ba tỷ đô la cho

một thuốc được duyệt.

90 percent of which fail to pass clinical trials.

Nhưng chi phí xã hội của sự chậm trễ và số lần thất bại còn cao hơn rất nhiều.

The cost to pharmaceutical companies is two to three billion dollars

Hơn tám triệu người chết bởi bệnh truyền nhiễm hàng năm.

per approved drug.

But the social costs of delays and failures are much, much higher.

Tức là gấp 15 lần số người đã chết trong sáu tháng đầu tiên

More than eight million people die every year of infectious diseases.

của đại dịch coronavirus.

Vậy tại sao có thiết kế thuốc được máy tạo ra không đáp ứng được kỳ vọng?

That's 15 times as many people as died during the first six months

Thêm nữa, đó là vấn đề tài nguyên tính toán hạn chế, ít nhất là một phần.

of the coronavirus pandemic.

So why has computational drug design failed to live up to expectations?

Nếu xác định được đường đi của bệnh trong cơ thể giống như một chiếc khóa,

Again, it's a matter of limited computational resources, at least in part.

thiết kế một loại thuốc cần phải tìm kiếm qua một không gian hóa học khổng lồ,

If identifying a disease pathway in the body is like a lock,

thực sự là một mê cung của cấu trúc phân tử,

designing a drug requires searching through a massive chemical space,

để tìm ra hợp chất phù hợp,

để tìm chìa khóa, nói cách khác từ, phù hợp với khóa.

effectively a maze of molecular structures,

Vấn đề là việc truy tìm toàn bộ phạm vi liên quan của không gian hóa học

to find the right compound,

to find a key, in other words, that fits the lock.

và chuyển đổi nó thành một dữ liệu có thể tra cứu để thiết kế thuốc

The problem is that tracing the entire relevant span of chemical space

sẽ mất 5 nghìn tỷ nghìn tỷ, nghìn tỷ, nghìn tỷ năm

and converting it into a searchable database for drug design

trên siêu máy tính nhanh nhất trên thế giới

would take 5 trillion trillion, trillion, trillion years

Trên máy tính lượng tử, hơn nửa giờ một chút.

Nhưng điện toán lượng tử thì không chỉ là thành tựu trong phòng thí nghiệm.

on the world's fastest supercomputer.

Dòng chảy tiến bộ và các loại ngành công nghiệp hiện đang bị chặn

On a quantum computer, a little more than a half hour.

But quantum computing is not just about triumphs in the lab.

bởi sự kín đáo nhưng khó bảo ràng buộc tính toán

The flow of progress and industries of all kinds is currently blocked

có tác động thực sự về kinh doanh và xã hội.

Cho những gì có vẻ như là một ví dụ khó xảy ra, hãy chuyển sang ngân hàng.

by discreet, but intractable computational constraints

Điều gì xảy ra nếu các ngân hàng có thể cho vay tự do hơn

that have a real impact on business and society.

tới các cá nhân, doanh nhân và doanh nghiệp?

For what may seem an unlikely example, let's turn to banks.

Một trong những vấn đề quan trọng hiện nay

What if banks were able to lend more freely

là các ngân hàng giữ 10 đến 15 phần trăm tài sản dự trữ bằng tiền mặt,

to individuals, entrepreneurs and businesses?

một phần là do những mô phỏng rủi ro của họ bị hạn chế tính toán.

One of the key holdups today

is that banks keep 10 to 15 percent of assets in cash reserves,

Chúng không thể tính toán toàn cầu hoặc rủi ro toàn thị trường hiếm gặp

in part, because their risk simulations are compute constrained.

nhưng nghiêm trọng và khó lường.

Sự kiện thiên nga đen chẳng hạn.

They can’t account for global or whole-market risks that are rare

Bây giờ, 10 đến 15 phần trăm là rất nhiều tiền.

but severe and unpredictable.

Khi bạn xem xét điều đó cho mọi giảm 1% dự trữ tiền mặt,

Black swan events, for example.

Now, 10 to 15 percent is a whole lot of money.

nó sẽ dẫn đến thêm một nghìn tỷ đô la của vốn đầu tư.

When you consider that for every one-percent reduction in cash reserves,

Điều này có nghĩa là nếu các ngân hàng sau cùng trở nên đủ thoải mái

it would lead to an extra trillion dollars of investible capital.

với mô phỏng rủi ro dựa trên lượng tử

để giảm dự trữ tiền mặt xuống, chẳng hạn, 5 đến 10 phần trăm tài sản,

What this means is that if banks ultimately became comfortable enough

hiệu quả sẽ như thế nào kích thích cấp độ COVID-19

with quantum-powered risk simulations

cho cá nhân và doanh nghiệp

to reduce cash reserves to, say, five to 10 percent of assets,

mỗi năm

the effect would be like a COVID-19-level stimulus

Một khi sức mạnh chuyển hóa của điện toán lượng tử là rõ ràng,

for individuals and businesses

câu hỏi sau đó đặt ra: Chà, chúng ta phải chờ đợi bao lâu?

every single year.

Once the transformative power of quantum computing is clear,

Các nhà nghiên cứu thận trọng khi đưa ra thời điểm đạt được lợi thế lượng tử.

the question then becomes: Well, how long must we wait?

Đúng vậy -- vẫn còn một số về những trở ngại quan trọng cần vượt qua,

Researchers are cautious when asked about the timeline to quantum advantage.

và không chỉ những thách thức về mặt kỹ thuật,

nhưng những câu hỏi khoa học cơ bản về bản chất của cơ học lượng tử.

Rightly so -- there remain a number of critical hurdles to overcome,

and not just engineering challenges,

Kết quả là, nó có thể là một, hai, thậm chí ba thập kỷ

but fundamental scientific questions about the nature of quantum mechanics.

trước khi máy tính lượng tử hoàn thiện.

Một số CEO mà tôi đã nói chuyện cùng đã đi đến kết luận trên cơ sở này

As a result, it may be one, two, even three decades

rằng họ có căn cứ để chờ đợi,

before quantum computers fully mature.

rằng họ có căn cứ để hoãn đầu tư.

Tôi tin rằng đây là một sai lầm thực sự,

Some executives that I've spoken with have come to the conclusion on this basis

trong khi một số công nghệ phát triển ổn định,

that they can afford to wait,

theo những luật nhân quả tích lũy,

that they can afford to postpone investing.

I believe this to be a real mistake,

nhiều bước đột phá nhanh chóng nổi lên,

for while some technologies develop steadily,

gần như sau một đêm bất chấp thời gian điều đó có thể được rút ra trước.

according to the laws of cumulative causation,

Điện toán lượng tử là một ứng cử viên cho một bước đột phá như vậy,

many emerge as precipitous breakthroughs,

almost overnight defying any timeline that could be drawn out in advance.

đã đạt được một số cột mốc quan trọng rồi

hàng chục năm trước thời hạn. ,

Quantum computing is a candidate for just such a breakthrough,

Ví dụ, vào cuối những năm 80

nhiều nhà nghiên cứu nghĩ rằng khối xây dựng cơ bản của điện toán lượng tử,

having already reached a number of critical milestones

decades ahead of schedule.

qubit,

phải mất cả trăm năm để xây dựng.

In the late 80s, for example,

many researchers thought that the basic building block of quantum computing,

Mười năm sau, nó đã đến.

Bây giờ IBM có gần 500 qubit trên 29 máy,

the qubit,

would take a hundred years to build.

có sẵn cho khách hàng sử dụng và nghiên cứu.

Ten years later, it arrived.

Now IBM has nearly 500 qubits across 29 machines,

Điều này có nghĩa là gì là chúng ta nên bớt lo lắng hơn

về việc máy tính lượng tử đến quá muộn

available for client use and research.

và hơn là về việc chúng đến quá sớm,

What this means is that we should worry less

trước sự cần thiết sự chuẩn bị đã được thực hiện.

about quantum computers arriving too late

Dẫn lời nhà vật lý chiến thắng giải thưởng Nobel,

and more about them arriving too soon,

“Máy tính lượng tử còn hơn thế nữa khác với máy tính hiện nay

before the necessary preparations have been made.

For to quote one Nobel prize winning physicist,

hơn các máy tính hiện nay

từ bàn tính”

"Quantum computers are more different from current computers

Sẽ mất thời gian để thực hiện tích hợp quy trình công việc cần thiết.

than current computers are

Sẽ mất thời gian để du nhập đúng tài năng.

from the abacus."

Quan trọng nhất,

It'll take time to make the necessary workflow integrations.

sẽ mất thời gian, chưa kể tầm nhìn và trí tưởng tượng,

It'll take time to onboard the right talent.

để định danh và khoanh vùng các vấn đề có giá trị cao

Most importantly,

it'll take time, not to mention vision and imagination,

để máy tính lượng tử giải quyết cho doanh nghiệp của bạn.

Các chính phủ đang đầu tư trọng yếu vào công nghệ lượng tử --

to identify and scope high-value problems

15 tỷ đô la của Trung Quốc, Châu Âu và Mỹ.

for quantum computers to tackle for your business.

Governments are already investing heavily in quantum technologies --

Và các VC đang làm theo.

Nhưng điều cần thiết lúc này để tăng tốc đổi mới

15 billion dollars among China, Europe and the US.

là đầu tư kinh doanh trong việc phát triển các ứng dụng,

And VCs are following suit.

trong việc thu hút tài năng

But what's needed now to accelerate innovation

và đang thử nghiệm với máy tính lượng tử thực sự

is business investment in developing use cases,

có sẵn ở hiện tại.

Trong thế giới này,

in onboarding talent

những yêu cầu đổi mới không thể hoãn sang ngày khác được.

and on experimenting with real quantum computers

Lãnh đạo phải hành động ngay

that are available today.

để tăng tốc bộ xử lý cái thúc đẩy sự đổi mới trong gần 70 năm

In a world such as ours,

the demands of innovation can't be put off for another day.

được thiết lập để dừng lại trên đường đi của họ.

Leaders must act now,

Cuộc đua tới kỷ nguyên mới của ma thuật và siêu máy tính đang được tiến hành.

for the processor speedups that have driven innovation for nearly 70 years

Đó là thứ chúng ta không thể để mất.

are set to stop dead in their tracks.

The race toward a new age of magic and supercomputing is already underway.

Máy tính lượng tử đang ở vị trí cực. Chúng là chiếc xe để đánh bại.

It's one we can't afford to lose.

Xin cảm ơn

Quantum computers are in pole position. They're the car to beat.

Thank you.