Tác vụ AI khiến siêu máy tính mạnh nhất thế giới mất tới 5 năm để xử lý, máy tính lượng tử chỉ tốn 1 giây

Các nhà khoa học ở Trung Quốc cho biết họ đã đạt được một cột mốc quan trọng khác trong điện toán lượng tử, khi khẳng định máy tính lượng tử mang tên Jiuzhang của nước này có khả năng xử lý các tác vụ AI nhanh hơn 180 triệu lần so với siêu máy tính mạnh nhất thế giới.

Các nhà nghiên cứu cho biết các vấn đề được giải quyết bằng máy tính lượng tử của họ có thể được áp dụng để khai thác dữ liệu, thông tin sinh học, phân tích mạng và nghiên cứu mô hình hóa học.

"Công trình của chúng tôi là một bước hướng tới việc thử nghiệm các vấn đề trong thế giới thực bằng cách sử dụng các máy tính lượng tử quy mô trung bình.", nhóm nghiên cứu được dẫn đầu bởi Pan Jianwei, nhà vật lý tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, người được mệnh danh là "cha đẻ của khoa học công nghệ" của Trung Quốc, tuyên bố. Được biết, nghiên cứu của nhóm đã được bình duyệt và đăng trên tạp chí chuyên ngành Physical Review Letters vào tháng trước.

Trong thử nghiệm, nhóm của ông Pan Jianwei đã sử dụng máy tính lượng tử mang tên Jiuzhang để giải một bài toán, vốn được đánh giá là khó đối với các siêu máy tính thông thường. Nó đã sử dụng hơn 200.000 mẫu để giải quyết vấn đề.

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy tính lượng tử để triển khai và tăng tốc hai thuật toán – tìm kiếm ngẫu nhiên và ủ mô phỏng (phương pháp giải các bài toán tối ưu không ràng buộc và có ràng buộc) – thường được sử dụng trong lĩnh vực AI.

Theo tính toán, siêu máy tính cổ điển nhanh nhất trên thế giới hiện nay sẽ mất 700 giây cho mỗi mẫu cần xử lý, nghĩa là sẽ mất gần 5 năm để xử lý cùng một số lượng mẫu. Trong khi đó, máy tính lượng tử Jiuzhang chỉ mất ít hơn một giây để thực hiện xong toàn bộ công việc.

Khi máy tính lượng tử thể hiện sức mạnh

Theo nhiều chuyên gia, màn thể hiện nói trên cho thấy máy tính lượng tử tiếp tục chứng tỏ độ hiệu quả so với các siêu máy tính cổ điển, với danh sách các tác vụ mà loại máy tính này chiếm ưu thế đang ngày một nhiều lên.

"Những tuyên bố trước đây về ưu thế lượng tử đã bị thách thức bởi những ý kiến cho rằng máy tính lượng tử không thể cạnh tranh với thuật toán cổ điển tốt nhất có thể cho tác vụ này", một bài viết trên tạp chí Physics của hiệp hội vật lý Mỹ khẳng định.

"Liệu bộ xử lý lượng tử của nhóm (của ông Pan Jianwei) có thể chiếm được lợi thế so với các thuật toán cổ điển, vốn được tối ưu hóa để giải các bài toán đồ thị hay không - là một câu hỏi mở."

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 .

Điểm khác biệt (và cũng là lợi thế) của máy tính lượng tử so với siêu máy tính cổ điển 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.

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.

Nhưng danh tiếng của Sycamore sớm bị lu mờ bởi sự xuất hiện của Jiuzhang vào năm 2020. Được đặt tên theo một văn bản toán học 2.000 năm tuổi của Trung Quốc, Jiuzhang sở hữu bộ xử lý lượng tử 53 qubit mạch quang. Thay vì ứng dụng vật liệu siêu dẫn trên chip, Jiuzhang sử dụng các mạch quang học thực hiện các phép tính, cụ thể là các photon thay vì dòng electron như Sycamore sử dụng. Không giống như các máy tính lượng tử khác, nó không cần phải hoạt động ở trạng thái kín dưới mức nhiệt độ cực thấp. Do vậy, Jiuzhang có thể hoạt động ổn định và lâu dài hơn.

Mặc dù vậy, Jiuzhang từng được cho là khó có thể ứng dụng trong thực tế, do đây là một thiết bị chuyên dụng không được lập trình để thực hiện bất kỳ tác vụ nào khác. Do vậy, trên nhiều phương diện khác nhau, máy tính lượng tử của Google vẫn được đánh giá là có tính ứng dụng cao hơn, mặc cho khả năng tính toán chậm hơn đôi chút so với Jiuzhang.

Tham khảo SCMP/Wikipedia