Trong 20 năm qua, kỹ thuật chế tạo máy tính đã có những bước phát triển vượt bậc để đẩy nhanh tốc độ vi xử lý. Các tiền đề này mở đường cho một loạt công nghệ mới của tương lai như máy tính nano, lượng tử… có thể xử lý dữ liệu nhanh gấp hàng tỷ lần so với hiện nay.

Máy tính nano

Các nhà khoa học đang dùng công nghệ nano để sản xuất ra chip, chất dẫn điện và cổng logic siêu nhỏ. Theo đó, chip có thể được xây dựng dựa trên một nguyên tử vào mỗi lần hoạt động và do đó không tốn diện tích, giảm kích thước. Còn các cổng logic (xử lý cấp độ logic đúng/sai, cao/thấp, đóng/mở…) sẽ được tạo ra từ một số nguyên tử và chất dẫn điện (còn gọi là dây nano) sẽ chỉ lớn bằng một nguyên tử, còn bit dữ liệu được thể hiện bằng trạng thái xuất hiện/biến mất của electron.

Máy tính nano bao gồm 4 loại: điện tử; hóa học và sinh-hóa học; cơ học; lượng tử.

Máy tính nano điện tử: được tạo ra bằng các mạch điện siêu nhỏ dùng phương pháp dựng mô hình nano (nanolithography).

Máy tính nano hóa học và sinh-hóa học: Sự tương tác giữa các chất hóa học khác nhau với các cấu trúc khác nhau được dùng để lưu trữ và xử lý thông tin trong loại máy tính này. Muốn tạo ra được máy tính nano hóa học, các kỹ sư cần phải kiểm soát được các nguyên tử đơn lẻ và phân tử để chúng thực hiện được những phép tính và lưu dữ liệu.

Máy tính nano cơ học: dùng những thành tố di động nhỏ xíu gọi là “bánh răng nano” (nanogear) để mã hóa thông tin. Một số nhà khoa học dự đoán loại máy tính này sẽ được dùng để điều khiển robot nano.

Máy tính nano lượng tử: lưu dữ liệu dưới hình thức là trạng thái/vòng quay lượng tử của nguyên tử. Bộ nhớ electron đơn và các điểm lượng tử chính là ví dụ của công nghệ này.

Máy tính nano y tế: Ngoài các loại máy tính kể trên, các nhà khoa học còn muốn dùng công nghệ nano để tạo ra robot nano với chức năng của một kháng thể. Thiết bị này sẽ bảo vệ con người trước bệnh tật, virus… bằng cách lập trình chọn lọc để phá hủy mầm bệnh.

Máy tính nano siêu nhỏ dạng phun

Đại học Ediburgh University (Anh) đang nghiên cứu để chế tạo loại máy tính nhỏ xíu có kích thước bằng một hạt cát được dùng dưới dạng phun. Ví dụ: khi các máy vi tính này được phun lên ngực bệnh nhân, chúng sẽ lưu lại thông tin về sức khỏe và truyền dữ liệu về máy tính chủ tại bệnh viện và giúp bác sỹ theo dõi được quá trình điều trị. Đại học này cho biết sẽ hoàn thành công trình trong 4 năm nữa.

Máy tính lượng tử

Kỹ thuật này sẽ dùng hiện tượng cơ học lượng tử như sự sắp xếp chồng lên nhau để xử lý thông tin. Các đặc tính cơ học lượng tử của nguyên tử và hạt nhân sẽ cho phép phân tử phối hợp với nhau với vai trò như các bit lượng tử, gọi là qubit, để hình thành nên vi xử lý và bộ nhớ của máy tính. Qubit có thể tương tác với nhau dù chúng bị tách khỏi môi trường bên ngoài và điều này khiến chúng thực hiện các phép toán nhanh hơn máy tính thông thường.

Bằng cách tính đồng thời được nhiều con số khác nhau và tập hợp các kết quả để có một câu trả lời duy nhất, máy tính lượng tử có thể thực hiện nhiều tác vụ song song. Chính vì lẽ đó, với kích thước tương đương, máy tính lượng tử xử lý mạnh hơn rất nhiều so với máy tính số thông thường. Trong khi mỗi lần chuyển đổi trạng thái ở máy tính thường chỉ là 0 (tắt) hoặc 1 (bật) thì như một nghịch lý, máy tính lượng từ có thể ở trong 2 trạng thái đó cùng một thời điểm.

Máy tính lượng tử tỏ ra rất hữu ích trong việc chạy mô phỏng hệ thống cơ lượng tử và từ đó thúc đẩy sự phát triển của các ngành vật lý, hóa học, khoa học vật chất, công nghệ nano, sinh học, y tế. Kỹ thuật này thực sự lý tưởng khi tiến hành mã hóa, lập mô hình và chỉ mục trên các cơ sở dữ liệu lớn. Hiện nhiều chính phủ và tổ chức đang đầu tư ngân quỹ để phát triển máy tính lượng tử, khiến thiết bị này sẽ trở thành hiện thực trong tương lai gần.

Máy tính tích hợp trí thông minh nhân tạo

Thuật ngữ “trí thông minh nhân tạo” được John McCarthy (Viện Công nghệ Massachusetts, Mỹ) đưa ra lần đầu tiên vào năm 1956. Đây là một nhánh của ngành khoa học máy tính với mục đích khiến cho PC hành xử như con người. Trí thông minh nhân tạo bao gồm các chương trình có thể ra quyết định trong các tình huống thực tế, ví dụ: hiểu ngôn ngữ con người, chơi game, nghe-nhìn-phản ứng (thường dùng để chế tạo robot), tái tạo các kết nối vật lý giữa những tế bào thần kinh trên não người…

Hướng đi này đã được triển khai, thử nghiệm và thu được nhiều kết quả khả quan, nhất là khi kỹ thuật nano phát triển giúp thiết bị mang vi xử lý nhỏ xíu đến mọi nơi trên cơ thể người hoặc đặt trong các không gian hẹp. Ngoài ra, sự thành công của mạng không dây sẽ giúp các chip đó kết nối với nhau và tạo ra môi trường thực sự thú vị mô phỏng thực tế của con người.