Con chip mới của Google đưa thế giới tiến nhanh hơn vào kỷ nguyên điện toán lượng tử

John Martinis chỉ cho bản thân mình vài tháng để đạt tới một dấu mốc quan trọng trong lịch sử ngành điện toán. Ông là người đứng đầu nhóm nghiên cứu của Google về việc xây dựng nên các con chip máy tính với sức mạnh đáng kinh ngạc, có thể xử lý dữ liệu bằng cách sử dụng các khía cạnh của vật lý lượng tử.

Vào cuối năm nay, nhóm của ông sẽ xây dựng nên một thiết bị có thể đạt được “sức mạnh lượng tử tối cao”, nghĩa là nó có thể thực hiện một phép tính đặc biệt vượt quá khả năng của bất kỳ máy tính thông thường nào. Điều này sẽ được chứng minh trong một cuộc đua giữa con chip của Google với một trong những siêu máy tính lớn nhất thế giới.

Martinis cho biết: “Chúng tôi nghĩ rằng, chúng tôi đã sẵn sàng cho thí nghiệm này. Nó là điều gì đó chúng tôi có thể làm ngay bây giờ.”

Một trong những lý do cho sự tự tin đó là nhóm gồm 25 người hàng đầu ở Google đã làm nên một con chip lượng tử mới, với các tính năng thiết kế chủ chốt đều đã được thử nghiệm để chuẩn bị cho cuộc đối đầu sắp tới này.

Khác với các chip bán dẫn thông thường, chip lượng tử biểu diễn các bit dữ liệu kỹ thuật số bằng các qubit (mỗi qubit là một hệ lượng tử với hai mức được biểu diễn trong không gian Hilbert hai chiều), theo đó, các thiết bị có thể rút ngắn thời gian khi xử lý các phép tính phức tạp bằng cách khai thác các khía cạnh vật lý phản trực giác của cơ học lượng tử.

Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã trình diễn các phép tính lượng tử với chỉ một số nhóm nhỏ các qubit. Google đã phát hành các kết quả từ một con chip có 9 qubit, được xếp thành một đường thẳng, nhưng Martinis cho biết, ông sẽ cần một mạng lưới 49 qubit cho thử nghiệm chip lượng tử siêu mạnh của mình.

Con chip mới nhất của Google chỉ có 6 qubit nhưng chúng được xếp thành cấu hình 2 hàng 3 qubit. Theo Martinis, điều này cho thấy công nghệ của công ty vẫn hiệu quả khi các qubit được xếp sát cạnh nhau, cũng như trong các thiết bị lớn hơn với nhiều qubit hơn.

Con chip lượng tử với cấu hình 2 hàng 3 qubit.

Chip 6 qubit cũng là một phép thử cho phương pháp sản xuất mới, trong đó các qubit và các dây dẫn thông thường dùng để điều khiển chúng sẽ được làm trên những con chip riêng biệt để sau đó “gắn chặt” chúng lại với nhau. Cách tiếp cận này nhằm loại bỏ các đường dẫn điều khiển thừa trên con chip lớn hơn, vốn có thể can thiệp vào cách các qubit hoạt động.

Ông Martinis cho biết: “Cách làm đó đang cho thấy sự hiệu quả. Giờ chúng tôi đã sẵn sàng để tiến nhanh hơn.” Ông cũng cho biết thêm rằng, các thiết kế cho những thiết bị với 30 đến 50 qubit cũng đã được tiến hành. Trong hội nghị IEEE TechIgnite gần đây tại San Bruno, California, ông đã giới thiệu qua một số hình ảnh về con chip 6 qubit này, nhưng nhóm của ông vẫn chưa chính thức công bố các chi tiết kỹ thuật.

Một thử nghiệm quan trọng với vị thế cạnh tranh của Google

Martinis gia nhập Google vào cuối năm 2014 từ Đại học California, Santa Barbara, nơi ông vẫn giữ chức vị giáo sư của trường. Nhóm của ông là một trong những nhóm nghiên cứu công nghiệp gần đây đã đóng góp cho việc hình thành và làm gia tăng thêm các dấu hiệu cho thấy công nghệ đằng sau điện toán lượng tử đang ngày càng trở nên dễ sử dụng hơn. Chặng đường phát triển các bộ xử lý lượng tử này đã có tên những ông lớn như Intel, Microsoft, IBM và thậm chí cả các startup.

Simon Gustavsson, một nhà điều tra chính trong một nhóm nghiên cứu điện toán lượng tử tại MIT cho rằng, Google hiện đang là người dẫn đầu của quá trình này. “Vị trí của Google với IBM tương đối sít sao nhau.” Ông cho biết.

Nỗ lực thúc đẩy thử nghiệm về sức mạnh lượng tử tối cao của Google trong năm nay sẽ nhấn mạnh đến khả năng cạnh tranh của cỗ máy tìm kiếm này, cho dù các bộ xử lý lượng tử cần phải có đến 50 qubit để có thể làm việc hữu ích.

Ông Chris Monroe, giáo sư tại trường Đại học Maryland và là đồng sáng lập của startup về điện toán lượng tử IonQ, cho biết. “Đây sẽ là một cột mốc quan trọng trong hoạt động nghiên cứu. Dù vậy, sau đó bạn vẫn sẽ phải tìm ra làm thế nào để có thể mở rộng và lập trình được nó.”

Martinis cũng đồng ý rằng vẫn còn nhiều việc làm phải làm, nhưng ông cho rằng cuộc thử nghiệm sắp tới có thể trở thành một tiêu chuẩn cho bất cứ ai đang tuyên bố rằng mình đang làm nên một chiếc máy tính lượng tử.

Ông cũng cho rằng mục tiêu này sẽ giúp các nhà quản lý tại Google, và nhà đồng sáng lập công ty Sergey Brin đang đánh giá cao việc công nghệ này trở thành hiện thực. “Bọn họ đều nhận được nó và đang rất phấn khích về điều đó.” Ông Martinis cho biết. “Chúng tôi đang cố gắng nhận được sự hỗ trợ bên trong Google, và thử nghiệm này sẽ rất tốt để các kỹ sư khác bắt đầu nói về chúng tôi.”

Theo Technologyreview