“Chúa không chơi xúc xắc!” – câu nói kinh điển của Albert Einstein không chỉ là tuyên bố triết học mà còn là tuyên ngôn cho niềm tin mãnh liệt của ông vào một vũ trụ vận hành theo quy luật, nơi mọi thứ đều có nguyên nhân và có thể dự đoán được.
Trong thế giới của vật lý cổ điển, vũ trụ được xem như một cỗ máy khổng lồ với các bánh răng vận hành chính xác, nơi mọi chuyển động của hạt bụi nhỏ nhất đều đã được định sẵn. Thế nhưng, ở thế kỷ 21, sự xuất hiện của máy tính lượng tử, sản phẩm của công nghệ dựa trên chính những nguyên lý mà Einstein từng nghi ngờ đang khiến giới khoa học phải tự hỏi lại: liệu có phải Einstein đã sai, và thế giới này thực chất “ngẫu nhiên” hơn chúng ta tưởng?
Máy tính lượng tử không chỉ là một bước tiến về mặt kỹ thuật, mà còn là minh chứng sống động cho sức mạnh của cơ học lượng tử, thứ lý thuyết từng khiến Einstein phải thốt lên rằng “đây là tác động ma quái từ xa”.
Khác với máy tính cổ điển chỉ làm việc với các bit có giá trị 0 hoặc 1, máy tính lượng tử hoạt động với qubit, đơn vị dữ liệu có thể tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái 0 và 1 thông qua hiện tượng chồng chập lượng tử.
Hãy tưởng tượng một đồng xu đang quay trên không: nó vừa là mặt sấp, vừa là mặt ngửa, cho đến khi rơi xuống và ta buộc phải quan sát kết quả. Chính nhờ khả năng “tồn tại ở nhiều khả năng cùng lúc”, máy tính lượng tử có thể xử lý lượng thông tin khổng lồ một cách song song, đem lại tốc độ vượt trội đến mức gần như phi lý.
Trong lĩnh vực mật mã học, điều này đồng nghĩa với việc những lớp bảo mật từng được xem là bất khả xâm phạm có thể sụp đổ chỉ trong chớp mắt. Một thuật toán phổ biến như RSA, vốn dựa trên độ khó của việc phân tích thừa số của những con số khổng lồ từng khiến các siêu máy tính mạnh nhất thế giới phải “toát mồ hôi” trong hàng chục năm.
Thế nhưng, chỉ cần một máy tính lượng tử đủ mạnh, quá trình này có thể được rút ngắn xuống vài phút. Các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng khi máy tính lượng tử đạt đến quy mô thương mại, phần lớn các giao thức mã hóa hiện tại của Internet sẽ trở nên vô dụng, buộc thế giới phải tìm ra những giải pháp bảo mật hoàn toàn mới.
Tuy nhiên, khả năng “xé toang” lớp áo bảo mật chỉ là một trong vô số điều kỳ diệu mà máy tính lượng tử có thể làm được. Bởi lẽ, lĩnh vực mà nó thật sự toả sáng chính là mô phỏng thế giới lượng tử.
Các hệ thống lượng tử, chẳng hạn như các phản ứng hóa học phức tạp hay cấu trúc vật liệu mới vốn cực kỳ khó tính toán trên máy tính cổ điển, bởi số lượng phép tính tăng lên theo cấp số mũ khi số hạt tham gia tăng. Thậm chí, chỉ với vài chục nguyên tử, các siêu máy tính hiện nay đã “bó tay”.
Trong khi đó, máy tính lượng tử có thể mô phỏng tự nhiên chính xác và trực quan hơn nhiều, vì bản thân nó vận hành theo những quy luật của tự nhiên ở cấp độ lượng tử. Điều này mở ra viễn cảnh tạo ra những loại vật liệu siêu dẫn mới, thuốc điều trị chính xác hơn, hay các phản ứng hoá học mà con người chưa từng tưởng tượng tới.
Nhưng sự thật đáng kinh ngạc nhất nằm ở chỗ: máy tính lượng tử hoạt động được là nhờ hiện tượng mà chính Einstein từng cố gắng bác bỏ – vướng víu lượng tử (quantum entanglement). Đây là hiện tượng hai hạt có thể “liên kết” với nhau dù ở cách xa hàng nghìn kilomet, đến mức khi một hạt thay đổi trạng thái, hạt còn lại cũng thay đổi tức thì.
Đối với Einstein, điều này không thể chấp nhận được, vì nó dường như vi phạm nguyên tắc “tác động cục bộ” trong vật lý cổ điển. Ông gọi đây là “tác động ma quái từ xa” và tin rằng phải có một cơ chế tiềm ẩn nào đó (gọi là biến ẩn) lý giải hiện tượng này.
Thế nhưng, hàng loạt thí nghiệm trong thế kỷ 20 và 21, đặc biệt là các thử nghiệm Bell đã chứng minh rằng Einstein đã lầm ở điểm này. Thế giới lượng tử thật sự phi định xứ: trạng thái của một hạt có thể phụ thuộc vào một hạt khác ở xa đến mức ánh sáng cũng không kịp “truyền tin”.
Những kết quả này khiến khái niệm “chắc chắn” trong vật lý cổ điển trở nên lung lay. Thế giới vi mô không tuân theo logic của đời thường, mà được chi phối bởi xác suất, ngẫu nhiên và bất định. Máy tính lượng tử, bằng chính nguyên tắc ấy, đã biến cái “phi lý” của cơ học lượng tử thành công cụ hữu dụng trong thực tế.
Vậy điều này có nghĩa là Einstein sai hoàn toàn? Câu trả lời là không. Thuyết tương đối và những nguyên tắc về tính tất định, nhân quả mà ông đề xuất vẫn đúng nhưng chỉ trong phạm vi thế giới vĩ mô. Cơ học lượng tử không phủ nhận Einstein; nó bổ sung cho ông. Giống như hai mặt của một đồng xu, vật lý cổ điển và cơ học lượng tử cùng tồn tại, phản ánh hai tầng thực tại của vũ trụ: một thế giới lớn vận hành trơn tru và có thể dự đoán, và một thế giới nhỏ hỗn độn, nơi xác suất là vua.
Câu chuyện của máy tính lượng tử không chỉ là một bước tiến công nghệ, mà còn là lời nhắc nhở đầy khiêm nhường rằng: những gì chúng ta gọi là “chân lý” hôm nay có thể chỉ là một lát cắt tạm thời của sự thật. Khoa học không bao giờ dừng lại, nó luôn là hành trình mở rộng ranh giới hiểu biết, không ngừng thách thức niềm tin cũ và soi rọi vào những điều chưa biết.
Có lẽ, nếu còn sống để chứng kiến máy tính lượng tử vận hành, Einstein sẽ không nói “Chúa không chơi xúc xắc” nữa. Ông có thể chỉ mỉm cười và thừa nhận rằng: có lẽ Chúa thực sự chơi xúc xắc, chỉ là chúng ta chưa bao giờ hiểu được luật chơi mà thôi.
