Kinh ngạc máy tính lượng tử mới của Google: Giải được bài toán lớn hơn cả tuổi đời vũ trụ chỉ trong 5 phút

Cho dù đã có nhiều thí nghiệm cho thấy sự vượt trội về sức mạnh của máy tính lượng tử so với máy tính truyền thống, nhưng mọi người vẫn không ngừng ngạc nhiên về năng lực của những cỗ máy tính tương lai này.

Google vừa cho biết, một máy tính dùng chip lượng tử Willow mới của họ đã đạt được bước đột phá chưa từng thấy về khả năng xử lý. Theo thuật toán đo hiệu năng, máy tính lượng tử của Google chỉ mất 5 phút để giải quyết được vấn đề - trong khi nếu dùng siêu máy tính Frontier - siêu máy tính được xem là mạnh nhất thế giới hiện nay - sẽ mất 10 triệu tỷ tỷ năm (tức 10^25 năm, vượt xa cả tuổi của vũ trụ) để hoàn thành.

Con số này cho thấy bước tiến nhảy vọt về hiệu năng tính toán lượng tử so với thông báo của Google cách đây 5 năm, khi công ty tuyên bố máy tính lượng tử của họ có thể giải quyết một nhiệm vụ mất 10.000 năm đối với máy tính truyền thống chỉ trong vài phút. Điều đó cho thấy máy tính lượng tử mới của Google có sức mạnh gấp hàng trăm triệu lần phiên bản trước đây.

Thuật toán được sử dụng để kiểm tra khả năng của máy tính lượng tử Willow tuy không có ứng dụng thực tế, nhưng theo Tiến sĩ Hartmut Neven, người sáng lập Google Quantum AI, đây là bước đệm quan trọng. "Nếu bạn không thể chiến thắng ở một bài toán cơ bản, bạn sẽ không thể giải quyết các vấn đề hữu ích," ông Neven nhấn mạnh. Google đặt mục tiêu sẽ đưa ra một ứng dụng thực tế vào năm tới mà máy tính cổ điển không thể giải quyết.

Bên cạnh tốc độ tính toán, chip Willow còn có khả năng giảm tỷ lệ lỗi, một thách thức lớn trong điện toán lượng tử. Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu tại Google Quantum AI cho biết với kiến trúc mới của Willow, họ có thể giảm tỷ lệ lỗi một nửa mỗi khi tăng số lượng qubit (đơn vị tính toán trong máy tính lượng tử). Khi thử nghiệm trên các lưới qubit vật lý ngày càng lớn từ 3×3, 5×5 đến 7×7, kết quả cho thấy tỷ lệ sửa lỗi ngày càng cao.

Điều này cho phép tạo ra các qubit logic bằng cách nhóm nhiều qubit vật lý lại với nhau. Qubit logic đóng vai trò như một lá chắn bảo vệ trước các lỗi, giúp đảm bảo tính toán lượng tử đáng tin cậy hơn. Khả năng mở rộng qubit logic đồng thời giảm thiểu lỗi là một bước tiến đáng kể so với năm 2023, khi Google tuyên bố đạt được "điểm hòa vốn" trong việc sửa lỗi lượng tử.

Ngoài ra, chip Willow cũng thể hiện sự cải thiện ấn tượng về thời gian duy trì thông tin (qubit coherence), với mức gần 100 microgiây, gấp 5 lần thế hệ trước. Điều này cho phép thực hiện các phép mô phỏng phức tạp hơn.

Google lạc quan rằng thế hệ chip Willow sẽ giúp họ đạt được mục tiêu đưa máy tính lượng tử vào các ứng dụng thực tế, vượt xa khả năng của máy tính cổ điển. Tuy nhiên, thách thức trước mắt là chứng minh được tính toán "hữu ích, vượt xa cổ điển" đầu tiên trên các chip lượng tử hiện tại, mang lại giá trị cho các ứng dụng trong đời sống.

Việc Google và nhiều gã khổng lồ công nghệ khác đầu tư mạnh mẽ vào máy tính lượng tử cho thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này. Với tốc độ tính toán nhanh hơn hàng triệu lần so với máy tính cổ điển, máy tính lượng tử hứa hẹn mở ra cơ hội mới trong nhiều lĩnh vực như khám phá thuốc, khoa học vật liệu, mô hình tài chính, dự báo thời tiết và trí tuệ nhân tạo. Tuy còn nhiều thách thức cần vượt qua, nhưng các bước tiến như chip Willow của Google đang đưa nhân loại đến gần hơn với kỷ nguyên điện toán lượng tử đầy hứa hẹn.