Mây điện toán - tương lai của mạng máy tính

(Tinhte)Bộ Bách khoa toàn thư trên đầu kim

Năm 1959, nhà Vật lý thiên tài người Mỹ, giáo sư Richard Feynman (1918 - 1988, giải Nobel Vật lý năm 1965, người cùng Robert Oppenheimer lãnh đạo dự án Manhattan về chế tạo bom nguyên tử đầu những năm 40 của thế kỷ trước) đã có buổi nói chuyện với đông đảo sinh viên tại Viện Công nghệ California (Caltech), cuộc nói chuyện liên quan đến tương lai của máy tính và việc chế tạo các vật liệu, linh kiện, thiết bị vô cùng nhỏ, khởi đầu cho ngành công nghiệp nano (Định nghĩa: một nano-met bằng một phần tỷ mét, đơn vị để đo những vật cực nhỏ).

Cũng trong buổi gặp gỡ đó Feynman có đặt vấn đề là làm thế nào để ghi toàn bộ 24 cuốn bách khoa toàn thư Britannica với tổng cộng 25.000 trang giấy lên đầu cây kim có đường kính 1,5mm? Theo Feynman điều này là có thể và ông đã cá 1000 đô-la cho ai làm được điều này hay ít nhất là chứng minh được khả năng thực hiện nó.

Ông đã mất tiền, không phải một mà đến hai lần, lần đầu tiên là sau đó gần 1 năm, sinh viên Bill Mclellan ở Caltech đã chứng minh được tính khả thi bằng việc ghi nội dung một trang giấy A4 lên một diện tích còn nhỏ hơn đầu kim. Lần thứ hai sau đó 26 năm, một sinh viên cao học ở Stanford là Tom Newman đã thực hiện được đầy đủ thách đố của Feynman khi ghi toàn bộ 24 cuốn bách khoa toàn thư Britannica lên đầu một cây kim mà chỉ có thể quan sát nội dung nhờ vào kính hiển vi điện tử.

Siêu máy tính và con ốc sên
Một siêu máy tính với tốc độ tính toán hàng chục hay hàng trăm ngàn tỷ phép tính trong một giây nhưng lại không có khả năng tự mã hóa, không có khả năng tự nhân bản thông tin và càng không có khả năng tự tiến hóa, ngay cả những robot thế hệ mới nhất thì "suy nghĩ" của chúng vẫn được lập trình sẵn mà không thể "phát triển" tự thân. Tất cả những điều mà với một máy tính ngày nay không làm được đó thì một tế bào, thứ mà chúng ta phải quan sát dưới kính hiển vi, lại làm rất tốt. Các bạn hãy xem một ví dụ, máy tính giờ đây có thể coi là những cao thủ cờ bậc nhất nhưng chúng lại gặp vấn đề khó vượt qua là nhận dạng. Hẳn chúng ta vẫn thường nghe những dự án, chương trình về nhận diện đối tượng, một trong số đó là nhận dạng khuôn mặt, nhưng đến nay chưa có sản phẩm nào tỏ ra hiệu quả trong mọi trường hợp. Bất chấp những thuật toán thông minh và chi tiết, máy tính vẫn tỏ ra khá "ngờ nghệch" trong việc xác định một ai đó, thế nhưng bộ não của chúng ta lại làm việc này một cách rất dễ dàng và thường xuyên. Nếu bạn gặp ai đó, chỉ cần đối diện họ vài chục giây thì bạn có thể nhận ra được họ trong hàng ngàn người khác nhau, thậm chí với không ít người người, hàng chục năm sau họ vẫn "nhớ rõ như in" và có thể nhận ra ngay dù khuôn mặt đó, con người đó đã thay đổi đáng kể. 

Như vậy, một siêu máy tính với bộ nhớ và khả năng tính toán khổng lồ, ngoài việc chăm chỉ cần mẫn, nhanh chóng và chính xác về định lượng thì chúng còn thua xa trí thông minh của một tế bào bé tí tẹo. Ở khía cạnh nào đó, thông tin của một tế bào xử lý và thu thập được còn lớn hơn nhiều một siêu máy tính. Một chuyên gia về trí tuê nhân tạo (tôi không nhớ rõ là ai) mới đây đã nói rằng, các máy tính ngày nay kể cả các siêu máy tính có trí thông minh còn chưa bằng một con ốc sên.

Tương lai của siêu di động
Nếu những chiếc Smartphone hay Laptop ngày nay đã có thể coi là những thiết bị siêu di động thì theo cách nhìn của công nghệ nano, chúng vẫn to bự và kém về hiệu năng. Tương lai của máy tính sẽ là những thiết bị có khả năng mô phỏng não bộ và có cơ chế hoạt động như những sinh vật sống, khi đó để nhớ một ai đó bạn chỉ cần nhấc thiết bị lên và chụp lấy một tấm hình của họ, dẫu mười năm sau, gương mặt đó có già đi thì máy tính vẫn nhận ra họ - một vấn đề bất khả thi với máy tính ngày nay. Đề làm được điều này thì ngoài các thuật toán phải được cải tiến theo cơ chế heuristic (nôm na là gần giống với trực giác của con người) thì phần cứng và cách thức trao đổi, lưu trữ và xử lý dữ liệu phải cần một cuộc cách mạng. Cuộc cách mạng đó đã và đang được tiến hành và sản phẩm của nó là những chiếc thiết bị với tên gọi rất mỹ miều - máy tính lượng tử. 



Máy tính lượng tử trong phòng thí nghiệm

Với một máy tính lượng tử, cơ chế tính toán tuyến tính do Von Neumann khai sinh (là cơ sở của hầu hết những máy tính phổ thông ngày nay) sẽ lui vào dĩ vãng nhường chỗ cho cơ chế xử lý song song (hiện nay những siêu máy tính nhiều nhân đang mô phỏng kiểu tính toán này giúp tăng hiệu năng và giảm năng lượng tiêu thụ). Tốc độ của một máy tính lượng tử sẽ không còn được đề cập, hay ít nhất, là sẽ được đề cập theo một cách hoàn toàn khác, vì tốc độ của chúng còn cao hơn tốc độ ánh sáng do sử dụng hiệu ứng rối lượng tử (còn gọi là vướng víu lượng tử - chi tiết: wikipedia). Cùng với tốc độ xử lý và lưu trữ dữ liệu gần như tức thời cộng thêm cơ chế "suy nghĩ" mô phỏng não bộ, những chiếc máy tính tương lai sẽ trở nên "thông minh" thực sự chứ không chỉ "cần cù bù trí óc" như hiện tại. Hơn thế nữa, việc ứng dụng công nghệ nano và dưới nano sẽ tạo ra những con chip nhỏ xíu nhưng vô cùng mạnh mẽ. Thông tin trong những máy tính lượng tử sẽ được lưu trữ trên mỗi nguyên tử (thậm chí là trên các quark - một vi hạt còn nhỏ hơn nguyên tử rất nhiều lần, là đơn vị cấu tạo nên Neutron và Proton trong hạt nhân nguyên tử), với sự lưu trữ dữ liệu ở thang nguyên tử cùng cơ chế lưu trữ mới thì một một chíp nhớ cỡ hạt gạo có thể chứa một dung lượng lớn hơn cả bộ nhớ của những chiếc siêu máy tính hiện đại nhất ngày nay. Và nếu một đầu kim đã có thể chứa cả bộ bách khoa Britannica (ngày nay một bộ như vậy ở dạng dữ liệu số ít nhất là khoảng 10G) thì chiếc Smartphone của bạn trong tương lai có thể chứa được cả thư viện Quốc hội Mỹ.

Mây điện toán
Viễn cảnh lượng tử hóa mở ra một dạng lưu trữ và truy xuất dữ liệu ưu việt nhưng nó sẽ không làm cho các thiết bị cá nhân của bạn trở nên "nặng nề" hơn bởi dữ liệu sẽ được đẩy lên những đám mây mà một vài máy chủ sẽ quản lý chúng. Vấn đề bảo mật cũng sẽ được giải quyết nhờ mã hóa lượng tử (một loại mã mà việc giải nó cần đến một lượng thời gian dài bằng tuổi của Vũ trụ ngay cả với những máy tính lượng tử điều này dựa trên việc áp dụng nguyên lý bất định Heisenberg - chi tiết: wikipedia). An toàn thông tin được đảm bảo, tốc độ truyền tải và xử lý dữ liệu được giải quyết triệt để khi đó chúng ta sẽ không cần phải biến các thiết bị hỗ trợ cá nhân thành những cái kho riêng nữa, hãy "đẩy" tất cả lên "đám mây" và "kéo" nó xuống bất cứ khi nào bạn cần.

Những khó khăn
Máy tính lượng tử đã được nghiên cứu hàng chục năm trở lại đây và một vài phòng thí nghiệm trên thế giới đã thành công trong việc tạo ra một chiếc máy như thế. Tuy vậy, một vấn đề cũ rích, lượng tử là cái gì đó rất khó nắm bắt, đã hơn 70 năm kể từ khi ngành Vật lý non trẻ này được chú ý nhưng đến nay mọi chuyện vẫn gần như mới nguyên, ngay cả nền tảng lý thuyết của Vật lý lượng tử cũng vẫn còn là đề tài tranh cãi nóng hổi, đấy là chưa kể đến một rắc rối khác khi thu nhỏ linh kiện, thiết bị liên quan tới chuyển động Brown - một điện tử sẽ chuyển động hỗn loạn như say rượu khi ở trong một môi trường quá "chật chội" (chi tiết: wikipedia). Tuy vậy, những thành quả ban đầu cùng những công trình đột phá của các nhà khoa học ở mọi lĩnh vực (công trình của GS. Ngô Bảo Châu cũng là một trong số đó dù không trực tiếp) sẽ làm sáng lên hy vọng rằng tương lai gần chúng ta sẽ có một cuộc cách mạng công nghệ mới, ở đó thay vì lướt web chúng ta sẽ lướt "mây".