Một nhóm nghiên cứu tại Aalto University đã xây dựng cỗ máy nhiệt lượng tử đầu tiên có thể thực hiện trọn một chu trình cơ học lượng tử trong mạch siêu dẫn, mở thêm hướng tiếp cận cho máy tính lượng tử hiệu quả hơn.
Thiết bị này có kích thước nhỏ hơn hạt cát và hoạt động ở nhiệt độ gần 0 tuyệt đối. Cùng lúc, nội dung cũng nhắc lại các tranh luận đang diễn ra về rủi ro lượng tử đối với Bitcoin, đặc biệt là chữ ký số và khả năng kháng lượng tử của mạng lưới.
- Aalto University cho biết đã tạo ra máy nhiệt lượng tử đầu tiên vận hành trọn chu trình trong mạch siêu dẫn.
- Thiết bị dùng một qubit transmon và một bộ làm lạnh để vừa làm nóng vừa làm lạnh qubit theo từng bước của chu trình Otto lượng tử.
- Phần thảo luận về Bitcoin tập trung vào Grover và Shor, trong đó rủi ro lớn hơn nằm ở chữ ký số hơn là hàm băm.
Máy nhiệt lượng tử đầu tiên hoạt động trong mạch siêu dẫn
Máy nhiệt lượng tử này là một thiết bị nano có thể thực hiện đầy đủ một chu trình cơ học lượng tử trong mạch siêu dẫn. Nó được thiết kế để biến năng lượng nhiệt thành công cơ học có ích ở quy mô cực nhỏ.
Nhóm nghiên cứu tại Aalto University cho biết hệ thống của họ sử dụng cùng nguyên lý cơ bản với động cơ trong ô tô hay nhà máy điện: khai thác chênh lệch năng lượng giữa môi trường nóng và lạnh. Điểm khác biệt là toàn bộ quá trình diễn ra trên một con chip, nơi hành vi của năng lượng chịu sự chi phối của cơ học lượng tử.
Qubit transmon là “chất làm việc” của động cơ
Qubit transmon thay thế cho khí gas trong một động cơ thông thường. Thiết bị gồm một qubit transmon có thể điều chỉnh từ thông, nối với một resonator và một bộ làm lạnh mạch lượng tử.
Trong hệ thống này, bộ làm lạnh thực hiện hai vai trò đối lập: làm nóng qubit ở một giai đoạn và làm lạnh qubit ở giai đoạn khác. Đồng thời, mức năng lượng của qubit cũng được điều chỉnh tại những thời điểm xác định để hoàn tất bốn bước của chu trình Otto lượng tử.
Tuomas Uusnäkki mô tả đây là một động cơ nhiệt được chế tạo bằng công nghệ nano, chạy trong môi trường cryostat gần 0 tuyệt đối, với transmon qubit là trung tâm của hệ thống. Bài nghiên cứu đã được công bố trên Nature Communications.
Vì sao phát triển này đáng chú ý với điện toán lượng tử?
Máy nhiệt lượng tử là một bước thử nghiệm quan trọng vì nó cho thấy mạch siêu dẫn có thể được dùng không chỉ để xử lý thông tin mà còn để mô phỏng và khai thác các chu trình nhiệt ở cấp độ lượng tử. Điều này có thể hỗ trợ hướng đi tới các hệ thống lượng tử hiệu quả hơn.
Dù vậy, thiết bị vẫn ở quy mô nghiên cứu và chưa cho thấy ứng dụng thương mại ngay lập tức. Điểm đáng chú ý hiện nay là khả năng kiểm soát năng lượng trong mạch lượng tử đã tiến thêm một nấc, thay vì chỉ dừng ở khái niệm lý thuyết.
Bitcoin nhìn từ rủi ro lượng tử: vấn đề nằm ở chữ ký số
Đối với Bitcoin, rủi ro lượng tử được nhắc đến nhiều nhất không phải là phá hàm băm ngay lập tức mà là tấn công vào chữ ký số. Grover có thể tăng tốc tìm kiếm, còn Shor có thể đe dọa trực tiếp tới khóa riêng nếu khóa công khai đã lộ trên mạng.
Khoảng 7 triệu Bitcoin, tương đương gần 35% tổng cung, đang nằm trong các địa chỉ có khóa công khai hiển thị. Nếu phần cứng lượng tử đủ mạnh xuất hiện, nhóm tài sản này có thể trở thành vùng dễ tổn thương hơn.
Các ước tính hiện tại về thời điểm rủi ro
Quantum AI của Google, một đơn vị thuộc Alphabet Inc. (NASDAQ: GOOGL), đã công bố nghiên cứu vào năm 2026 cho rằng số qubit vật lý cần để phá đường cong của Bitcoin có thể giảm xuống khoảng 500.000. Trong khi đó, máy tính lượng tử hiện nay thường chỉ có khoảng 1.000 đến 1.500 qubit.
Một số nhà nghiên cứu cho rằng mối đe dọa thực tế có thể xuất hiện trong giai đoạn 2029 đến 2035, tùy vào tiến bộ của cơ chế sửa lỗi. Đây vẫn là mốc ước tính, chưa phải kết luận chắc chắn.
Bitcoin đã thay đổi gì trước nguy cơ này?
Bitcoin đã có các nâng cấp như Segregated Witness vào năm 2017 và Taproot vào năm 2021, nhưng các cập nhật đó không thay đổi hàm băm đang được sử dụng trên mạng lưới. Phần tranh luận về khả năng kháng lượng tử bắt đầu nổi lên mạnh hơn từ khoảng năm 2020.
Satoshi Nakamoto từng đề cập đến an ninh hàm băm từ năm 2010 và cho rằng ưu tiên là bảo vệ blockchain hiện tại trước, sau đó mới thay thế chức năng bị ảnh hưởng. Cách tiếp cận đó vẫn là khung tham chiếu chính trong các cuộc thảo luận hiện nay.
Tổng kết
Thiết bị của Aalto University cho thấy mạch siêu dẫn có thể thực hiện một chu trình nhiệt lượng tử hoàn chỉnh, trong khi tranh luận về Bitcoin tiếp tục xoay quanh rủi ro từ máy tính lượng tử đối với chữ ký số và khóa công khai.
