Để có được bức tranh đầy đủ hơn về tương lai của ngành robot học, ta hãy xem xét kỹ hơn về những gì diễn ra bên trong máy tính. Hiện tại, hấu hết máy tính kỹ thuật số đều hoạt động dựa trên các mạch silicon và tuân thủ định luật Moore, theo đó sức mạnh của máy tính sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 18 tháng. Nhưng các tiến bộ kỹ thuật trong vài năm vừa qua đã bắt đầu chậm lại so với bước tiến vùn vụt của các thập niên trước và một số người đã tiên đoán về kịch bản cực đoan, khi định luật Moore sụp đổ và khiến nền kinh tế thế giới hỗn loạn nghiêm trọng, bởi nền kinh tế hiện nay đang phụ thuộc vào tốc độ tăng trưởng theo cấp số nhân của máy tính. Nếu điều này xảy ra, Thung lũng Silicon có thể biến thành một Rust Belt[1] thứ hai. Để ngăn chặn khủng hoảng tiềm tàng này, các nhà vật lý trên khắp thế giới đang kiếm tìm vật liệu thay thế silicon. Họ thử nghiệm đủ loại máy tính khác, gồm máy tính phân tử, nguyên tử, ADN, chấm lượng tử, quang học và protein, nhưng chưa loại nào sẵn sàng để sử dụng rộng rãi.

Cũng cần nói qua một vấn đề khác. Do bóng bán dẫn silicon ngày một nhỏ hơn, chúng rồi sẽ đạt đến kích thước nguyên tử. Hiện tại, một con chip Pentium tiêu chuẩn bao gồm nhiều lớp silicon với độ dày khoảng 20 nguyên tử. Trong khoảng một thập kỷ nữa, những con chip này sẽ có các lớp silicon chỉ dày năm nguyên tử và electron có thể bị rỉ ra theo dự báo của thuyết lượng tử, từ đó gây đoản mạch. Nhu cầu về một loại máy tính hoàn toàn mới trở nên cấp thiết. Máy tính phân tử, nhiều khả năng dựa trên vật liệu graphene, có thể thay thế chip silicon. Nhưng đến một ngày, có lẽ ngay cả máy tính phân tử cũng sẽ gặp vấn đề như thuyết lượng tử dự báo.

Đến lúc đó, chúng ta sẽ phải xây dựng một mẫu máy tính tối hậu - máy tính lượng tử, hoạt động dựa trên loại bóng bán dẫn không thể nhỏ hơn: một hạt nguyên tử duy nhất.

Sau đây là nguyên lý hoạt động của mạch silicon. Mạch silicon gồm một cổng có thể mở hoặc đóng để đón hoặc chặn dòng electron. Thông tin được lưu trữ dựa trên nền tảng các mạch đóng hoặc mở này. Hệ nhị phân, gồm chuỗi các số 1 và 0, là cơ chế của quá trình này: 0 đại diện cho cổng đóng, và 1 đại diện cho cổng mở.

Giờ ta xem xét việc thay thế silicon bằng một hàng các nguyên tử riêng rẽ. Nguyên tử giống như các nam châm nhỏ, có cực bắc và cực nam. Khi nguyên tử được đặt trong từ trường, hẳn bạn nghĩ nó sẽ hướng lên hoặc xuống. Trên thực tế, mỗi nguyên tử sẽ hướng lên và hướng xuống đồng thời, cho đến lần đo cuối cùng. Tương tự, hạt electron có thể cùng lúc ở trong hai trạng thái. Điều này tưởng như thách thức những hiểu biết thông thường, nhưng lại là sự thực trong cơ học lượng tử. Lợi ích của cơ học lượng tử là vô cùng lớn. Bạn chỉ có thể lưu trữ một lượng dữ liệu lớn vừa phải khi nam châm hướng lên hoặc xuống. Nhưng nếu mỗi nam châm ở trạng thái vừa lên vừa xuống, lượng thông tin có thể lưu trữ với chỉ một cụm nguyên tử nhỏ cũng sẽ lớn hơn rất nhiều. Mỗi “bit” thông tin có thể là 1 hoặc 0, giờ sẽ thành “qubit”, trạng thái hỗn hợp phức tạp của 1 và 0 với khả năng lưu trữ lớn hơn rất nhiều.

Tôi nhắc đến máy tính lượng tử là bởi có thể nó nắm giữ chìa khóa cho công cuộc khám phá vũ trụ. Trên lý thuyết, máy tính lượng tử có thể cho ta khả năng mở rộng trí tuệ loài người. Chúng vẫn là một ẩn số. Ta không biết khi nào máy tính lượng tử sẽ xuất hiện hay toàn bộ tiềm năng của chúng là gì. Nhưng chúng có thể chứng tỏ sức mạnh vô giá trong công cuộc khám phá không gian. Thay vì chỉ đơn giản là xây dựng những khu định cư và thành phố của tương lai, chúng sẽ đưa ta đi xa hơn và cho ta khả năng thực hiện những kế hoạch ở cấp độ cao cần thiết cho việc cải tạo các hành tinh.

Máy tính lượng tử sẽ mạnh hơn máy tính kỹ thuật số thông thường nhiều lần. Máy tính kỹ thuật số cần vài thế kỷ để phá được một mã dựa trên bài toán cực kỳ phức tạp, như phân tích một con số hàng triệu thành tích của hai số nhỏ hơn. Nhưng máy tính lượng tử, với khả năng tính toán các số rất lớn dựa trên trạng thái hỗn hợp của nguyên tử, sẽ thực hiện giải mã rất nhanh chóng. Cục Tình báo trung ương Hoa Kỳ CIA và các cơ quan tình báo khác hiểu rõ triển vọng của loại máy mới này. Trong số hàng núi tài liệu mật của Cơ quan An ninh Quốc gia Hoa Kỳ bị rò rỉ ra giới báo chí mấy năm về trước, có một văn bản tối mật cho biết tiến trình chế tạo máy tính lượng tử đang được cơ quan này giám sát kỹ lưỡng, nhưng không có bước đột phá nào được kỳ vọng sẽ xảy ra trong tương lai gần.

Giữa những háo hức và ồn ào quanh máy tính lượng tử, liệu khi nào ta sẽ có được chúng?

❀ ❀ ❀

[1] Tức Vành đai Gỉ sét, chỉ một khu vực ở Hoa Kỳ từng là trung tâm công nghiệp nặng, sản xuất sắt thép, nhưng nay đã suy tàn. (ND)