Cha đẻ của máy tính lượng tử giành giải thưởng Breakthrough
Năm nay có năm giải Breakthrough được trao cho những người xuất sắc nhất đạt được những thành tựu to lớn trong lĩnh vực khoa học sự sống, vật lý và toán học. Mỗi giải trị giá ba triệu USD.
Các nhà tiên phong lượng tử
Những người đã đặt nền móng cho ngành thông tin lượng tử, gồm nhà vật lý lý thuyết người Anh David Deutsch (69 tuổi), Giáo sư thỉnh giảng tại Đại học Oxford, cùng ba nhà nghiên cứu khác, đã chia sẻ giải thưởng Breakthrough trong lĩnh vực vật lý cơ bản. Ba người là chuyên gia về thuật toán lượng tử: Peter Shor tại MIT, Gilles Brassard tại Đại học Montreal và Charles Bennett tại công ty IBM ở New York, người đã phát triển các dạng mật mã lượng tử không thể phá vỡ và giúp phát minh viễn tải lượng tử, một cách gửi thông tin từ nơi này sang nơi khác.
Nhà vật lý lý thuyết David Deutsch
Deutsch được tôn vinh là “cha đẻ của máy tính lượng tử” sau khi đề xuất một cỗ máy kỳ lạ để kiểm tra sự tồn tại của các vũ trụ song song, nhưng cho tới nay chúng ta vẫn chưa xây dựng được cỗ máy này. Bài luận ông viết năm 1985 đã mở đường cho các máy tính lượng tử mà các nhà khoa học ngày nay đang dày công nghiên cứu.
“Đó là một thử nghiệm tưởng tượng liên quan đến máy tính có một số thành phần lượng tử ở trong. Ngày nay nó sẽ được gọi là máy tính lượng tử phổ quát, nhưng với tôi phải thêm sáu năm nữa thì nó mới giống với suy nghĩ của mình”, Deutsch nhận định.
Deutsch ra đời ở Israel, cha mẹ ông là những người sống sót sau thảm họa diệt chủng người Do Thái. Ông lớn lên ở phía bắc London, tại đây gia đình ông mở một nhà hàng. Dưới sự hướng dẫn của Dennis Sciama tại Đại học Oxford, người trước đây từng dìu dắt Stephen Hawking và giám đốc đài quan sát hoàng gia Anh Lord Rees, Deutsch đã nghiên cứu lý thuyết lượng tử trong thời gian học Tiến sĩ. Trong khi đào sâu nghiên cứu các nền tảng của lý thuyết, ông trở nên say mê thuyết Đa thế giới do nhà vật lý Mỹ Hugh Everett III đề xuất vào năm 1957.
Deutsch đã thúc đẩy máy tính lượng tử phát triển với các mô tả về bit lượng tử (qubit), và viết thuật toán lượng tử đầu tiên vượt trội so với thuật toán cổ điển tương đương.
Khoa học về giấc ngủ và hệ thống tế bào
Một giải Breakthrough về khoa học sự sống được đồng trao cho các nhà khoa học về giấc ngủ, Masashi Yanagisawa tại Đại học Tsukuba, Nhật Bản và Emmanuel Mignot tại Đại học Stanford ở Palo Alto, California, vì đã phát hiện chứng ngủ rũ, một rối loạn giấc ngủ nghiêm trọng, là do thiếu hụt chất orexin trong não gây ra. Phát hiện này đã mở ra cánh cửa cho các phương pháp điều trị mới đối với các chứng rối loạn giấc ngủ.
Masashi Yanagisawa, Đại học Tsukuba
Nhà sinh lý học thần kinh Birgitte Rahbek Kornum tại Đại học Copenhagen, đánh giá cả hai nhà nghiên cứu đều là những “người khổng lồ trong lĩnh vực”. Bà chia sẻ: “Chứng ngủ rũ ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống, và phát hiện này cho bệnh nhân biết chính xác điều gì có vấn đề ở đây, thay vì được bảo ‘cố gắng lên và giữ tỉnh táo’”.
Mignot đã nghiên cứu chó mắc bệnh ngủ rũ và tìm ra nguyên nhân của tình trạng này là do các thụ thể trong não đột biến. Trong khi đó, Yanagisawa phát hiện ra chất dẫn truyền thần kinh orexin truyền qua thụ thể. Ban đầu, Yanagisawa cho rằng orexin có vai trò đối với vị giác, nhưng những con chuột thiếu chất này dường như vẫn ăn bình thường. Cho tới khi ông quyết định ghi hình các loài động vật vào ban đêm (chuột là loài sống về đêm), thì nhóm nghiên cứu của ông mới nhận thấy chúng ngủ đột ngột.
Càng nghiên cứu thêm, Mignot phát hiện ra những người mắc chứng ngủ rũ thiếu orexin trong vùng não bộ gọi là vùng hồi hải mã. Các nhóm tế bào sản sinh ra orexin được cho là đã bị các phản ứng miễn dịch thất thường tiêu diệt, một lý do khiến chứng ngủ rũ gia tăng trong trận dịch cúm heo vào năm 2009. Nghiên cứu này đã mở đường cho các loại thuốc mới để điều trị chứng ngủ rũ bằng cách mô phỏng orexin.
Yanagisawa chia sẻ ông sẽ sử dụng tiền thưởng để lập quỹ tài trợ cho nghiên cứu. Ông cho biết: “Thật khó khăn để hỗ trợ ổn định cho các nhà khoa học trẻ thực hiện nghiên cứu thăm dò ở Nhật Bản”. Ông cũng lưu ý rằng mình chỉ có thể tìm ra khám phá này nhờ ông được tự do nghiên cứu vô định mà không có gì đảm bảo thành công.
Giải thưởng thứ hai thuộc về Clifford Brangwynne tại Đại học Princeton và Anthony Hyman tại Viện Di truyền và Sinh học Tế bào Phân tử Max Planck ở Dresden vì khám phá ra các protein tạo thành các nhóm giống như nhảy tự phát chớp nhoáng (flashmob), có ảnh hưởng đến bệnh thoái hóa thần kinh.
Giải thưởng cho chương trình AI
Demis Hassabis và John Jumper ở công ty DeepMind tại London nhận được giải thưởng thứ ba về khoa học sự sống cho AlphaFold, một chương trình trí tuệ nhân tạo dự đoán cấu trúc 3D của gần như mọi loại protein mà khoa học biết đến.
Demis Hassabis và John Jumper ở công ty DeepMind
AlphaFold được ươm mầm từ thành công của AlphaGo thuộc DeepMind. AlphaGo là AI đã đánh bại Lee Sedol, một bậc thầy chơi cờ vây ở Seoul năm 2016. Hassabis chia sẻ: “AlphaGo là đỉnh cao của AI chơi game, nhưng đó chưa bao giờ là mục đích cuối cùng. Tôi muốn xây dựng một AI giúp tăng tốc khám phá khoa học”. Một ngày sau khi trở về từ Seoul, nhóm nghiên cứu đã chuyển hướng chú ý sang sự cuộn gấp của protein. Do hình dạng của protein quyết định chức năng của nó, điều này có tầm quan trọng to lớn để các nhà khoa học điểu được các căn bệnh và tìm ra thuốc chữa.
Hệ thống này đã gây tiếng vang vào tháng 11/2020 khi giành chiến thắng trong cuộc thi CASP (Đánh giá quan trọng về dự đoán cấu trúc protein) tổ chức hai năm một lần, đã đánh bại khoảng 100 chương trình phần mềm khác. Một phiên bản trước đó của AlphaFold đã giành chiến thắng vào năm 2018, nhưng không thuyết phục, buộc nhóm phải về nghiên cứu lại. Jumper cho biết: “Với học máy, đó là về tìm ra sự cân bằng phù hợp giữa kiến trúc – những ràng buộc mà khoa học cơ bản đã biết áp đặt – và dữ liệu”.
Kể từ khi DeepMind phát hành phiên bản nguồn mở của AlphaFold vào tháng 7 năm 20211, hơn nửa triệu nhà nghiên cứu đã sử dụng hệ thống máy học, tạo ra hàng nghìn bài luận. Vào tháng 7 năm nay, DeepMind đã công bố 200 triệu cấu trúc protein được dự đoán từ trình tự axit amin. Cho đến nay, dữ liệu đã được khai thác để giải quyết các vấn đề đa dạng từ kháng thuốc kháng sinh đến khả năng phục hồi của cây trồng, sốt rét và tái chế nhựa. Hassabis coi đây là “điều có ý nghĩa nhất được thực hiện nhờ AI trong các ngành khoa học” và là điểm khởi đầu: bằng chứng cho thấy những câu đố tưởng như tồn tại mãi mãi có thể được giải quyết nhờ AI.
Người đoạt giải thưởng toán học là Daniel Spielman tại Đại học Yale với công trình giúp TV độ phân giải cao xử lý các tín hiệu lộn xộn, các công ty chuyển phát tìm ra những tuyến đường nhanh nhất, và các nhà khoa học tránh được thành kiến trong thử nghiệm lâm sàng.
***
Giải Breakthrough được tỷ phú người Israel gốc Nga Yuri Milner thành lập năm 2012. Hiện nay, giải thưởng này được Milner cùng các doanh nhân khác như Mark Zuckerberg tài trợ. Hàng năm, giải Breakthrough được trao dựa vào đánh giá của một ủy ban gồm những người đoạt giải thưởng trước đó. Năm nay có một giải vật lý, ba giải khoa học sự sống, và một giải toán học.
Phương Anh tổng hợp
https://www.theguardian.com/science/2022/sep/22/quantum-computing-research-physics-breakthrough
https://www.nature.com/articles/d41586-022-02999-9
Tác giả
(Visited 13 times, 1 visits today)