Phép tính khiến siêu máy tính mạnh nhất thế giới mất 47 năm để xử lý, máy tính lượng tử Google hoàn thành trong chớp mắt

Báo cáo của các nhà nghiên cứu tại Google tuyên bố rằng công nghệ mới nhất của công ty “vượt quá khả năng của các siêu máy tính cổ điển hiện có”. Tiến bộ quan trọng này nhằm mục đích chứng minh việc các máy tính lượng tử, dù đang trong giai đoạn thử nghiệm, vẫn có thể vượt qua các đối thủ là siêu máy tính thông thường.

Cuộc chiến của máy tính lượng tử và siêu máy tính cổ điển

Từ lâu nay, những người ủng hộ máy tính lượng tử cho biết công nghệ này, vốn dựa trên các trạng thái đặc biệt của vật lý lượng tử, có thể tạo ra những cỗ máy cực kỳ mạnh mẽ.

Điểm khác biệt (và cũng là lợi thế) của máy tính lượng tử so với siêu máy tính cổ điển được cho là nằm ở thứ được gọi là ‘ưu thế lượng tử’. Đây là một khái niệm nhằm chỉ khả năng giải quyết các vấn đề toán học phức tạp mà chỉ các máy tính lượng tử làm được với thời gian ngắn, trong khi các siêu máy tính cổ điển phải ‘bó tay’, hoặc mất rất nhiều thời gian để hoàn thành.

Tuy nhiên, các hạt hạ nguyên tử đóng vai trò cốt lõi của công nghệ lượng tử lại rất mong manh. Chúng chỉ tồn tại trong thời gian ngắn và dễ bị lỗi nếu tiếp xúc với một sự xáo trộn nhỏ từ môi trường xung quanh. Hầu hết các máy tính lượng tử hoạt động trong môi trường cực lạnh và biệt lập để tránh bị gián đoạn. Đây là một trong nhiều yếu tố khiến việc đạt ưu thế lượng tự rất khó thực hiện.

Vào năm 2019, Google đã tuyên bố chiếc máy tính trang bị chip xử lý 54-qubit Sycamore của họ là máy tính đầu tiên trên thế giới đạt được "ưu thế lượng tử". Khi đó, Google nói rằng bộ xử lý lượng tử Sycamore 54 qubit của mình chỉ mất 200 giây để thực hiện xong phép toán mà siêu máy tính mạnh nhất thế giới vào năm 2019 là Summit phải mất 10.000 năm mới giải xong.

Tuy nhiên, tuyên bố này của Google đã nhận phải các ý kiến trái chiều vào thời điểm đó bởi các đối thủ vào thời điểm đó. Họ cho rằng Google đang ‘nói quá’ sự chênh lệch về sức mạnh tính toán giữa máy tính lượng tử và siêu máy tính truyền thống. Điều này thúc đẩy Google ra mắt mẫu máy tính lượng tử mạnh hơn, có sức mạnh điện toán tốt hơn để chấm dứt mọi tranh luận.

So với máy tính lượng tử Sycamore, thế hệ máy tính lượng tử mới nhất của Google có tới 70 qubit. Về cơ bản, máy tính kỹ thuật số yêu cầu dữ liệu được mã hóa thành các số nhị phân (bit), với mỗi số luôn ở một trong hai trạng thái xác định (0 hoặc 1). Trong khi đó máy tính lượng tử sử dụng qubit, còn được gọi là bit lượng tử, có thể tồn tại ở nhiều trạng thái đồng thời, cho phép thực hiện một số phép tính nhất định với tốc độ đáng kinh ngạc.

Điều này có nghĩa, việc thêm nhiều qubit sẽ cải thiện sức mạnh của máy tính lượng tử theo cấp số nhân, nghĩa là cỗ máy mới mạnh hơn 241 triệu lần so với cỗ máy năm 2019.

Theo nhóm nghiên cứu tại Google, Frontier, siêu máy tính hàng đầu thế giới hiện nay, sẽ mất 6,18 giây để giải một phép tính từ máy tính lượng tử 53 qubit ra mắt năm 2019 của Google. So với phiên bản mới nhất, thời gian đó tăng lên 47,2 năm. Các nhà nghiên cứu cũng cho biết máy tính lượng tử mới nhất của họ mạnh hơn so với các thiết bị tương tự của Trung Quốc, vốn được coi là dẫn đầu trong lĩnh vực này.

Theo nghiên cứu của Google, máy tính lượng tử lớn hơn (có nhiều qubit hơn) có thể giảm thiểu được ‘nhiễu lượng tử’ -  sự rối loạn có nguy cơ phá vỡ các trạng thái mong manh mà các qubit vận hành – để tiếp tục thực hiện các phép tính.

Theo Steve Brierley, giám đốc điều hành của công ty lượng tử Riverlane ở Anh, những thí nghiệm mới nhất này tạo ra "cột mốc quan trọng" khác trong nghiên cứu điện toán lượng tử. "Cuộc tranh luận về việc liệu chúng ta đã đạt được, hoặc thực sự có thể đạt được, ưu thế lượng tử giờ đã được giải quyết", ông nói.

Tuy nhiên, vẫn có khá nhiều chuyên gia tỏ ý nghi ngờ về sức mạnh của máy tính lượng tử, đặc biệt là khi các thiết bị này được 'đặt lên bàn cân' với siêu máy tính thông thường. Theo đó, các siêu máy tính thông thường được đo lường ở các tác vụ ngẫu nhiên, vốn được cho là ‘thiên vị’ máy tính lượng tử và không có bất kỳ giá trị thực tế nào ngoài nghiên cứu học thuật.

Sebastian Weidt, giám đốc điều hành của công ty khởi nghiệp Universal Quantum có trụ sở tại Brighton, cho biết máy tính lượng tử cần thể hiện nhiều chức năng thực tế hơn.

“Đây là một minh chứng rất hay về lợi thế lượng tử. Mặc dù đây là một thành tích tuyệt vời về mặt học thuật, nhưng thuật toán được sử dụng không thực sự có ứng dụng thực tế trong thế giới thực”, chuyên gia này nêu ý kiến.

“Chúng ta thực sự phải sử dụng điện toán lượng tử tiện ích – thời đại mà các máy tính lượng tử với hàng nghìn qubit thực sự bắt đầu mang lại giá trị cho xã hội theo cách mà các máy tính cổ điển sẽ không bao giờ có thể làm được.”

Tổng hợp