Máy tính lượng tử từ lâu đã được coi là "siêu nhân" của kỷ nguyên thông tin. Nhờ sức mạnh của các qubit vướng víu trong trạng thái chồng chập, những cỗ máy công nghệ cao này có thể thực hiện nhiều phép tính cùng lúc, cải thiện tốc độ tính toán đáng kể so với các siêu máy tính cổ điển.

Vài tuần trước, Google đã công bố máy tính lượng tử của công ty có thể chạy các thuật toán nhanh hơn tới 13.000 lần so với máy tính thông thường, một bước tiến ấn tượng khiến nhiều người tin rằng không có giới hạn nào cho sức mạnh tính toán này.

Tuy nhiên, giống như Siêu nhân có điểm yếu với kryptonite, máy tính lượng tử cũng có những giới hạn riêng của mình. Thông thường, những điểm yếu này thể hiện ở khía cạnh kỹ thuật.

Máy tính lượng tử cực kỳ dễ bị mất tính kết dính lượng tử và đòi hỏi cơ chế sửa lỗi mạnh mẽ để có thể sử dụng được. Đây là lý do chính khiến máy tính lượng tử hiện nay chỉ có thể đạt được mức khoảng 1.000 qubit, trong khi các ước tính cho rằng cần tới 20 triệu qubit để có thể phá vỡ hệ thống mã hóa cổ điển.

Nhưng một nghiên cứu mới được đăng tải gần đây trên máy chủ preprint arXiv đã đi xa hơn, khám phá giới hạn tính toán của những cỗ máy này và có thể đang chạm tới chính giới hạn của quan sát vật lý. Nói cách khác, có những vấn đề mà ngay cả máy tính lượng tử cũng không thể giải quyết, và rất có thể những câu hỏi này về cơ bản là không thể giải quyết được.

Mặc dù không phải tất cả các bài toán xác định pha lượng tử đều được coi là bất khả thi, tạp chí New Scientist cho biết một số câu hỏi sẽ yêu cầu máy tính lượng tử hoạt động trong khoảng thời gian dài một cách không tưởng - có thể lên tới hàng tỷ nghìn tỷ năm.

Nhà nghiên cứu Schuster chia sẻ với New Scientist rằng đây giống như một kịch bản ác mộng, sẽ rất tồi tệ nếu nó xuất hiện. Ông cho rằng có lẽ nó sẽ không xảy ra, nhưng các nhà khoa học cần hiểu rõ hơn về vấn đề này.

Công trình nghiên cứu này là phần tiếp theo của nghiên cứu trước đó của Schuster, được công bố đầu năm nay trên tạp chí Science, tập trung vào việc cải thiện tính ngẫu nhiên trong máy tính lượng tử. Việc mô phỏng tính ngẫu nhiên giúp các nhà khoa học hiểu các hiện tượng trong thế giới thực và thiết kế các thuật toán. Nhóm nghiên cứu đã có thể tạo ra tính ngẫu nhiên với ít phép toán hơn so với trước đây, điều này có thể cho thấy rằng việc tạo ra máy tính lượng tử tập trung vào mã hóa có thể dễ dàng hơn nhiều so với dự kiến.

Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu, Schuster và nhóm của ông đã đào sâu vào một câu hỏi căn bản hơn đằng sau công việc này: Đâu là giới hạn tính toán có thể có của những cỗ máy này? Kết quả cho thấy một số tính chất vật lý cơ bản như thời gian tiến hóa, các pha của vật chất và cấu trúc nhân quả có lẽ rất khó được tìm hiểu thông qua các thí nghiệm lượng tử thông thường. Các tác giả nhấn mạnh trong một tuyên bố báo chí vào thời điểm đó rằng điều này đặt ra những câu hỏi sâu sắc về bản chất của chính việc quan sát vật lý.

Phát hiện này không chỉ đơn thuần là một giới hạn công nghệ mà còn có thể là ranh giới của khả năng quan sát và hiểu biết của con người về vũ trụ. Nó cho thấy rằng có những câu hỏi có thể vượt ra ngoài khả năng tính toán của bất kỳ máy móc nào, kể cả những cỗ máy lượng tử mạnh mẽ nhất mà nhân loại có thể xây dựng. Trong bối cảnh khi cả thế giới đang đặt niềm tin vào sức mạnh của máy tính lượng tử để giải quyết những vấn đề nan giải, nghiên cứu này đã nhắc nhở chúng ta rằng vẫn còn những bí ẩn mà ngay cả công nghệ tiên tiến nhất cũng chưa thể chạm tới.