Quantum Computers Aren’t What You Think — They’re Cooler | Hartmut Neven | TED

Translator: Hieu Dinh Reviewer: Minh-Hung Nguyen

I'm Hartmut, I lead Google Quantum AI.

Tôi là Hartmut, quản lý Google Quantum AI.

I have been working on quantum computing since 2012.

Tôi đã làm việc với máy tính lượng tử từ năm 2012.

And let me tell you why this is so intriguing.

Và để tôi cho bạn biết tại sao thứ này lại hấp dẫn đến vậy.

Today's computers, like your laptop or a server at a Google data center,

Các máy tính ngày nay, như laptop hoặc máy chủ tại trung tâm dữ liệu Google,

operate on the binary logic of zeros and ones.

đều hoạt động theo kiểu logic nhị phân 0 và 1.

A quantum computer like this one replaces the binary logic

Nhưng một máy tính lượng tử như thế này hoàn toàn thay thế thứ logic nhị phân đó

with the laws of quantum physics that gives it more powerful operations,

với các định luật vật lý lượng tử làm nền tảng tạo nên sức mạnh

allowing it to perform certain computations with way fewer steps.

sẽ cho phép nó thực hiện các phép tính với ít công đoạn hơn.

So where does this superpower come from?

Vậy thì thứ siêu năng lực này đến từ đâu?

Quantum computing is the first technology

Điện toán lượng tử là công nghệ đầu tiên

that takes the idea serious that we live in a multiverse.

coi trọng ý tưởng rằng chúng ta đang sống trong một đa vũ trụ.

It can be seen as farming out computations to parallel universes.

Có thể hiểu là phát triển các phép tính dẫn đến các vũ trụ song song.

Let me explain.

Để tôi giải thích.

In quantum physics,

Trong vật lý lượng tử,

the key mathematical object

đối tượng toán học chủ chốt

to describe many worlds is called superposition.

để mô tả các thế giới được gọi là thể chồng chất.

To understand what it is, let's look at this simple system.

Để hiểu nó là gì, chúng ta hãy xem thử hệ lượng tử đơn giản này.

You just need three bits to describe it.

Bạn chỉ cần 3 bit để biểu diễn nó.

Each coin is a two-state system.

Hãy xem mỗi đồng xu là một hệ lượng tử có 2 tính trạng.

Heads or tails,

Đầu hoặc đuôi,

zero or one.

0 hoặc 1.

We look at a start state.

Chúng ta quan sát trạng thái khởi đầu.

If I were to know which forces act on the system,

Nếu tôi biết được lực nào đang tác động lên hệ lượng tử,

then I can predict its trajectory and future states.

thì tôi có thể dự đoán quỹ đạo và trạng thái tương lai của nó.

This is how we reason in classical physics and also in everyday life.

Đây là cách chúng ta lý luận trong vật lý cổ điển và cả trong cuộc sống hàng ngày.

But if you were to treat this as a quantum system,

Nhưng nếu bạn xem đây là một hệ lượng tử,

then it can branch into many configurations simultaneously.

thì nó có thể phân nhánh đồng thời thành nhiều cấu hình.

And we have to keep track of all those trajectories,

Và chúng ta phải theo dõi tất cả các quỹ đạo đó,

interfere them to make an accurate prediction

can thiệp vào chúng để đưa ra dự đoán chính xác

of what states we are going to see in the future.

về những trạng thái mà chúng ta sẽ thấy trong tương lai.

So the equations of quantum mechanics

Vì thế, các phương trình cơ học lượng tử

tell us that at any time, any object,

cho chúng ta biết vào bất cứ lúc nào, với bất kỳ vật thể nào,

myself or the world at large,

bản thân tôi hoặc thế giới nói chung,

exists in a superposition of many configurations.

đều tồn tại trong một sự chồng chất của nhiều cấu hình.

Intriguingly, look around in this room.

Thật thú vị, hãy nhìn xung quanh căn phòng này xem.

We are forming a configuration too.

Chúng ta cũng đang tạo thành một cấu hình.

And the equations of quantum physics would suggest

Và các phương trình của vật lý lượng tử sẽ gợi ý

that we sit in different arrangements in different worlds.

rằng chúng ta hiện diện trong các tổ hợp khác nhau trong các vũ trụ khác nhau.

This superpower can be applied to computation.

Thứ siêu năng lực này có thể được sử dụng trong tính toán.

Picture a search task.

Thử hình dung một tác vụ tìm kiếm.

By envisioning a very tall closet with a million drawers,

Tưởng tượng có một tủ quần áo rất cao với một triệu ngăn kéo,

I place an item in one of the drawers.

tôi đặt một món đồ vào một trong những ngăn kéo đó.

How many drawers do you have to open to find the item?

Thì bạn phải mở bao nhiêu ngăn kéo để tìm được món đồ của tôi?

In average it will be half a million,

Trung bình sẽ phải là 500.000 lần thử,

but if you had access to a quantum algorithm,

nhưng nếu bạn có khả năng tiếp cận một thuật toán lượng tử,

it would only be 1,000 steps to find the item.

sẽ chỉ cần 1.000 lượt để tìm được món đồ đó.

How in the world can this be?

Làm sao điều này có thể xảy ra?

Indeed, it cannot be in a single world.

Đúng vậy, không thể diễn ra ở một vũ trụ duy nhất

So here you see a good example

Bạn thấy đấy, đây là ví dụ điển hình

of how quantum computing can attain an advantage

về cách điện toán lượng tử có thể tạo ra lợi thế

by performing computations in parallel worlds.

bằng cách thực hiện các phép tính trong những thế giới song song.

Let me show you how to use a quantum computer in practice.

Để tôi cho bạn xem cách máy tính lượng tử hoạt động trong thực tế nhé.

So here you see a program in Cirq,

Ở đây các bạn có thể thấy một phần lập trình trong Cirq,

or Python-based programming language to express quantum algorithms.

hoặc ngôn ngữ lập trình dựa trên Python để thể hiện các thuật toán lượng tử.

It looks like sheet music.

Trông như một bản nhạc nhỉ.

Each line represents a qubit,

Mỗi dòng đại diện cho một qubit

and each box represents an operation.

và mỗi ngoặc đại diện cho một phép tính.

When I hit return,

Khi tôi nhấn return,

nó sẽ được gửi đến trung tâm dữ liệu của chúng tôi

then it gets transmitted to our data center

in Santa Barbara.

ở Santa Barbara.

Here you actually see a live feed of one of our machines.

Đây là camera phát sóng trực tiếp một trong các máy tính của chúng tôi.

Actually, our most powerful quantum computers now have over 100 qubits.

Thực tế, chiếc máy tính lượng tử mạnh nhất hiện nay có hơn 100 qubit.

There, the operations get translated into waveforms,

Tại đó, các phép tính được biên dịch thành dạng sóng,

electrical pulses that control the qubits.

xung điện để điều khiển các qubit.

You see how the waveforms change as I change the circuit.

Bạn sẽ thấy các dải sóng biến đổi khi tôi thay đổi mạch.

So this is a simple two-qubit circuit performing quantum search.

Nên đây là một mạch 2 qubit đơn giản để thực hiện tìm kiếm lượng tử.

For the programmers among you,

Nếu bạn là lập trình viên,

please note how I find one item in a database of four

hãy lưu ý cách tôi tìm thấy một thư mục trong cơ sở dữ liệu bốn tầng

by only doing a single call to the database.

chỉ bằng cách gọi một lần duy nhất đến cơ sở dữ liệu.

This is something you could not do on an ordinary computer.

Đây là điều bạn không thể làm trên một máy tính thông thường.

So what can you do with quantum computers today?

Vậy bạn có thể làm gì với máy tính lượng tử ngày nay?

We have prepared interesting quantum states

Chúng tôi đã lọc mẫu các trạng thái lượng tử thú vị

and studied their properties.

và nghiên cứu các tính chất của chúng.

This has led to dozens of publications

Điều này giúp chúng tôi phát hành hàng chục ấn phẩm

in high-impact journals like Nature or Science.

trên các tạp chí danh tiếng cao như Nature hoặc Science.

Actually, I like to think of it as creating little pieces of magic.

Tôi thích nghĩ về nó như việc tạo ra những mảnh ma thuật nhỏ.

For example, one state we prepared

Lấy ví dụ, một trạng thái mà chúng tôi đã sàng lọc

can be thought of as spawning a tiny traversable wormhole.

có thể được xem là sinh ra một lỗ sâu nhỏ di chuyển qua được.

We can use it to learn about the physics of wormholes.

Chúng ta có thể sử dụng nó để tìm hiểu về vật lý của lỗ sâu.

We can throw a qubit in

Ta có thể ném một qubit vào

and see how it reappears on the other side.

và xem nó xuất hiện trở lại ở phía bên kia như thế nào.

We made time crystals.

Chúng tôi đã tạo ra tinh thể thời gian.

That's a cool word, isn't it?

Đó là một từ rất hay, nhỉ?

Like, who doesn't want to have a time crystal as an earring?

Kiểu, ai mà chẳng muốn có một viên tinh thể thời gian để làm khuyên tai?

Time crystals have amazing physical properties.

Tinh thể thời gian có tính chất vật lý đáng kinh ngạc.

They change periodically in time without ever exchanging energy

Chúng thay đổi định kỳ theo thời gian mà không bao giờ trao đổi năng lượng

with the environment.

với môi trường.

That's the closest to a perpetual mobile

Đó là thứ gần nhất với một động cơ vĩnh cửu

that the laws of physics allow you to get.

mà các định luật vật lý cho phép bạn tạo ra được.

Or a final example, non-abelian anyons.

Hoặc một ví dụ cuối cùng, giả hạt bất giao hoán.

This is a mouthful,

Nó bao trùm,

but these are systems that change the overall properties

nhưng nó cũng là hệ lượng tử có thể biến đổi tính chất tổng thể

when exchanging two identical parts,

khi có trao đổi trên hai đối tượng giống hệt nhau,

something humans have never seen before.

điều mà con người chưa bao giờ thấy trước đây.

Because envision a little house made of Lego bricks

Bạn cứ thử hình dung một ngôi nhà nhỏ xây bằng gạch Lego

and envision swapping two bricks that look identical.

rồi hình dung việc hoán đổi hai viên gạch giống hệt giữa chúng.

In everyday life, you would not notice a difference,

Trong cuộc sống hàng ngày, bạn sẽ không nhận ra sự khác biệt,

but quantum physicists had predicted that systems can exist,

nhưng các nhà vật lý lượng tử đã dự đoán rằng các hệ lượng tử có thể tồn tại,

that exchange or change their properties

trao đổi hoặc thay đổi tính chất của chúng

when you exchange two identical parts.

khi bạn trao đổi hai phần giống hệt nhau.

To date, nobody has performed

Cho đến nay, chưa ai từng tạo ra

a practical application that can only be done on a quantum computer.

một ứng dụng thực tiễn chỉ có thể hoạt động trên máy tính lượng tử.

Despite what you may have read in the press.

Bất chấp những gì bạn có thể đã đọc trên báo chí.

But today, I'm excited to tell you that we are completing the design

Nhưng hôm nay, tôi rất vui mừng khi nói rằng chúng tôi đang hoàn thiện thiết kế

of an algorithm that may lead to first commercial applications.

cho một thuật toán có thể tạo ra các ứng dụng thương mại đầu tiên.

This quantum algorithm performs signal processing

Thuật toán lượng tử này thực hiện xử lý tín hiệu

to enable new ways to detect and analyze molecules

để cho phép các phương thức mới nhằm phát hiện và phân tích các phân tử

using nuclear electronic spin spectroscopy.

bằng cách sử dụng quang phổ xoay điện tử hạt nhân.

In time, this may lead to exciting consumer applications.

Điều này có thể tạo ra các ứng dụng tiêu dùng thú vị.

Envision a device akin to an electronic nose

Thử hình dung một loại thiết bị hoạt động như một chiếc mũi điện tử

in your phone or smart watch.

trên điện thoại hoặc đồng hồ thông minh của bạn.

Wouldn't it be awesome if your phone could warn you

Không tuyệt vời sao nếu điện thoại có thể cảnh báo

that you step into a room with dangerous viruses?

rằng bạn đang bước vào một căn phòng có virus nguy hiểm?

Or if your smart watch could detect free radicals in your bloodstream

Hay nếu đồng hồ thông minh có thể phát hiện các gốc tự do trong máu của bạn

and tell you it's time to drink your acai juice,

và cho bạn biết rằng đến lúc uống nước ép quả acai rồi,

or warn you of allergens in food

hay cảnh báo bạn về các chất gây dị ứng trong thực phẩm

or many other truly helpful use cases.

hoặc trong nhiều trường hợp thực sự hữu ích khác.

To unlock more applications,

Để mở khóa nhiều ứng dụng hơn,

you will need to build a large error-corrected quantum computer.

bạn sẽ cần xây dựng một máy tính hiệu chỉnh lỗi lượng tử lớn.

Here you see our road map.

Đây là lộ trình phát triển của chúng tôi

How to build a computer with a million physical qubits.

để xây dựng một máy tính với một triệu qubit vật lý

It consists of six milestones.

Nó bao gồm sáu cột mốc quan trọng.

and we achieved already the first two.

và chúng tôi đã đạt được hai cái đầu tiên.

Prior to 2019,

Trước năm 2019,

nobody had shown a beyond classical computation on a quantum computer.

không ai thực hiện được phép tính vượt cổ điển trên máy tính lượng tử.

We were the first to demonstrate it.

Chúng tôi là những người đầu tiên làm được điều đó.

Our chip could perform a computation

Con chip của chúng tôi có thể thực hiện một phép tính

that the then-fastest supercomputer would have needed 10,000 years to do.

mà siêu máy tính nhanh nhất khi đó sẽ cần 10.000 năm để thực hiện.

But recently, we repeated this experiment.

Nhưng gần đây, chúng tôi đã lặp lại thí nghiệm này.

And now, Frontier, today's top supercomputer,

Và giờ, Frontier, siêu máy tính hàng đầu ngày nay,

would need one billion years to perform this computation.

sẽ cần một tỷ năm để thực hiện tính toán này.

This dramatic growth in compute power corroborates Neven's Law,

Sự tăng trưởng mạnh mẽ về công suất tính toán này chứng thực Định luật Neven,

which says that the power of quantum computers will grow

cho rằng sức mạnh của máy tính lượng tử sẽ tăng lên

at a double exponential rate.

theo một hàm mũ kép.

In 2023, we achieved the second milestone.

Năm 2023, chúng tôi đã đạt được cột mốc thứ hai.

We demonstrated again for the first time

Lần đầu tiên chúng tôi đã chứng minh một lần nữa

that quantum error correction is a scalable technology.

rằng hiệu chỉnh lỗi lượng tử là một công nghệ có thể mở rộng.

Error correction sounds boring, but it's crucial.

Sửa lỗi nghe có vẻ nhàm chán, nhưng nó rất quan trọng.

Today, our two-qubit operations have an error rate of 1 in 1,000.

Ngày nay, các phép tính hai qubit của chúng tôi có tỷ lệ lỗi là 1 trên 1.000.

That means that in every 1,000 steps or so,

Điều đó có nghĩa là cứ sau 1.000 bước hoặc hơn,

the quantum computer will crash.

máy tính lượng tử sẽ gặp lỗi.

To improve this,

Để cải thiện điều này,

we combine many physical qubits to a logical qubit

chúng tôi kết hợp nhiều qubit vật lý thành một qubit logic

to reduce the error rate to 1 in a billion or even less.

để giảm tỷ lệ lỗi xuống còn 1 trong một tỷ hoặc thậm chí ít hơn.

We are about halfway through our road map,

Chúng tôi đã đi được nửa chặng đường

and we are optimistic that we will complete it

và chúng tôi lạc quan rằng sẽ hoàn thiện được nó

before the end of this decade.

trước khi thập kỷ này kết thúc.

We have done analytical and numerical studies

Chúng tôi đã thực hiện những phân tích và nghiên cứu đại số

to predict which algorithms will be impactful

để dự đoán thứ thuật toán nào sẽ có tác động lớn

on such a large quantum computer.

lên một máy tính lượng tử.

A class of applications we like and we call Feynman's killer app,

Có một kiểu ứng dụng chúng tôi thích và gọi là ứng dụng sát thủ của Feynman,

is the simulation of systems where quantum effects are important.

nó mô phỏng các hệ lượng tử trong đó đề cao tính quan trọng của hiệu ứng lượng tử.

This is relevant for designing more effective,

Điều này liên quan đến việc sản xuất các loại thuốc hiệu quả hơn

more targeted medicines.

đúng nhu cầu hơn.

Specifically, we have worked with a pharmaceutical company

Cụ thể, chúng tôi đã làm việc với một công ty dược phẩm

on algorithms to describe cytochrome P450.

về các thuật toán để mô tả sắc tố tế bào P450.

This group of enzymes metabolizes about 75 percent of the drugs we take.

Nhóm enzyme này chuyển hóa khoảng 75 phần trăm các loại thuốc chúng ta dùng.

Or the design of lighter, faster-charging batteries

Hay thiết kế pin nhẹ hơn, sạc nhanh hơn

that can hold a larger charge for electric cars

có trữ lượng điện tích lớn hơn cho ô tô điện

or even electric airplanes.

hay thậm chí là máy bay điện.

Or to hasten the design of fusion reactors to help with climate change,

Hoặc đẩy nhanh thiết kế các lò phản ứng nhiệt hạch để chống biến đổi khí hậu,

arguably humanity's most urgent challenge.

được cho là thách thức cấp bách nhất của nhân loại.

A recent result is a novel algorithm

Một kết quả gần đây tạo ra một thuật toán mới

that delivers significant speed up for optimization.

sở hữu tốc độ đáng kể cho công cuộc tối ưu hóa.

This is a big deal

Đây là một vấn đề vĩ mô

because optimization problems are ubiquitous

vì các nhu cầu tối ưu hóa có mặt ở khắp mọi nơi

in engineering, finance or machine learning.

trong ngành kỹ thuật, tài chính hoặc học máy.

A way to think about this result is in the future,

Một cách để suy nghĩ về kết quả này là trong tương lai,

when an AI will play chess or Go against the quantum AI,

khi AI hiện nay sẽ chơi cờ vua hoặc thi đấu với AI lượng tử,

the quantum AI will win.

thì AI lượng tử sẽ giành chiến thắng.

This result shows that quantum computers

Kết quả này cho thấy máy tính lượng tử

will become a must-have capability

sẽ trở thành một năng lực bắt buộc phải có

to serve foundational computational tasks.

để phục vụ các nhiệm vụ tính toán cơ bản.

I'm also very interested in the intersection of physics

Tôi cũng rất quan tâm đến sự giao thoa của vật lý

and neurobiology.

và sinh học thần kinh.

Quantum information science

Khoa học thông tin lượng tử

may enable us to answer one of humanity's deepest questions:

có thể cho phép chúng ta trả lời một trong những câu hỏi sâu sắc nhất của nhân loại:

What creates conscious experience?

Điều gì tạo nên trải nghiệm có ý thức?

An attractive conjecture is that consciousness

Có một phỏng đoán hấp dẫn đó là ý thức

is how we experience the emergence

là cách chúng ta trải nghiệm sự xuất hiện

of a single classical world

của một thế giới cổ điển duy nhất

out of the many the multiverse is composed of.

trong số nhiều thế giới mà đa vũ trụ tạo thành.

With academic collaborators,

Cùng với các cộng tác viên học thuật,

I have started a program to experimentally test this conjecture

tôi đã bắt đầu một chương trình để thử nghiệm phỏng đoán này bằng cách

using methods of quantum neurobiology.

sử dụng các phương pháp sinh học thần kinh lượng tử.

If our conjecture is correct,

Nếu phỏng đoán của chúng tôi là đúng,

this would allow us to expand human consciousness in space,

điều này sẽ cho phép chúng ta mở rộng ý thức của con người trong không gian,

time and complexity.

thời gian và phức hợp.

In conclusion,

Tóm lại,

we are making steady progress

chúng ta đang tiến bộ một cách ổn định

towards building the world's first useful quantum computer

hướng tới việc xây dựng máy tính lượng tử hữu ích đầu tiên trên thế giới

and applying its enormous power to important challenges.

và áp dụng sức mạnh to lớn của nó cho những thách thức quan trọng.

A quantum computer will be a gift to future generations,

Một máy tính lượng tử sẽ là một món quà cho các thế hệ tương lai,

giving them a new tool to solve problems that today are unsolvable.

là một công cụ mới để giải quyết các vấn đề hiện nay không thể giải quyết được.

Thank you.

Cảm ơn các bạn.

(Applause)

(Vỗ tay)