Một nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc cho biết họ đã tìm ra một cách hiệu quả và chính xác hơn để mô phỏng máy tính lượng tử bằng cách sử dụng các bộ vi xử lý truyền thống. Điều này cũng đồng nghĩa với việc thách thức tuyên bố năm 2019 của Google về cái mà công ty Mỹ gọi là "ưu thế lượng tử".
Cụ thể, năm 2019, Google gây chấn động thế giới bằng thông báo rằng cỗ máy tính lượng tử của họ Sycamore đã giải thành công một phép tính khó trong 3 phút 20 giây tới mức siêu máy tính phải mất 10.000 năm mới giải xong. Công ty gọi đây là điều kiện để đạt ưu thế lượng tử, tức là khi máy tính lượng tử làm được điều mà máy tính thông thường phải bó tay.
Tuyên bố đó - đặc biệt là cách các nhà khoa học của Google đưa ra kết luận về con số 10.000 năm - đã bị một số nhà nghiên cứu đặt câu hỏi. Họ cho rằng với các thuật toán hoặc cài đặt thay thế, thời gian xử lý của siêu máy tính trên lý thuyết có thể giảm xuống chỉ còn vài ngày, có nghĩa là nó sẽ không tụt hậu quá xa so với những gì mà Sycamore của Google đạt được.
Các nhà khoa học Trung Quốc đã sử dụng bộ vi xử lý đồ họa Nvidia V100 và A100 cho cuộc thử nghiệm.
Tại Bắc Kinh, các nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý lý thuyết thuộc Viện Khoa học Trung Quốc đã thử nghiệm điều này bằng cách lặp lại thử nghiệm của Google. Nhưng thay vì máy tính lượng tử, họ sử dụng 60 bộ xử lý đồ họa - Nvidia V100s và A100s - đây là các bộ xử lý thường được sử dụng cho các tác vụ trí tuệ nhân tạo.
Và theo báo cáo của nhóm được công bố mới đây, họ đã hoàn thành công việc "trong khoảng năm ngày". Các nhà khoa học cho biết họ đạt được điều này bằng cách sử dụng thuật toán mô phỏng "big head" dựa trên phương pháp mạng tensor - hay nói một cách đơn giản là "cắt" các nhiệm vụ tính toán thành các mẫu nhỏ tối ưu để các bộ xử lý cổ điển có thể tính toán.
Họ cũng cho biết phương pháp này mang lại độ chính xác "cao hơn nhiều" so với các mẫu từ Sycamore. Bởi không giống như điện toán cổ điển, tính toán lượng tử dễ xảy ra lỗi vì hành vi hạ nguyên tử có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường.
"Mục tiêu của các thí nghiệm về ưu thế lượng tử của Google là thu được một số lượng lớn các mẫu đạt được độ chính xác đủ cao cho các mạch Sycamore…. khiến nhiệm vụ này là khó đối với máy tính cổ điển", các nhà nghiên cứu viết. "Chúng tôi đã chứng minh rằng với thuật toán của mình, có thể thu được một số lượng lớn các mẫu theo kiểu cổ điển với độ chính xác thậm chí cao hơn với các thí nghiệm của Sycamore."
Sycamore của Google, đã đạt được "ưu thế lượng tử".
Mô phỏng tính toán lượng tử trên máy tính truyền thống rất quan trọng để phát triển công nghệ - nó cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra và xác minh các thí nghiệm trước khi chạy chúng trên một máy lượng tử và có thể giúp hiểu thêm về các tính năng nào đang cung cấp năng lượng cho máy đó cũng như ranh giới nằm giữa các hệ thống lượng tử và cổ điển. Nhưng các nhà nghiên cứu, đứng đầu là Giáo sư Zhang Pan, thừa nhận rằng Sycamore vẫn "nhanh hơn nhiều" trong việc xử lý các phép tính lượng tử và các siêu máy tính cổ điển bị hạn chế về khả năng mở rộng quy mô và xử lý các tác vụ phức tạp hơn.
Các nhà khoa học khác trước đây cũng đã đặt câu hỏi về tuyên bố của Google. Ngay sau thông báo của Google, IBM đã lập luận trong một bài báo rằng với một cách sắp xếp khác, về mặt lý thuyết, siêu máy tính của họ có thể thực hiện các phép tính trong 2 ngày rưỡi, nhưng tuyên bố của họ chưa bao giờ được thử nghiệm.
Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm lượng tử Alibaba vào tháng 5 năm ngoái cũng đề xuất nhiệm vụ này được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận mạng tensor, nhưng với một thuật toán khác. Họ không thực hiện mô phỏng quy mô đầy đủ nhưng ước tính hệ thống của mình sẽ mất chưa đến 20 ngày để hoàn thành nhiệm vụ của Sycamore và với độ chính xác tương tự.
Thiết bị máy tính lượng tử Jiuzhang của Trung Quốc.
Zeng Bei, một chuyên gia máy tính lượng tử và là giáo sư vật lý tại Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông, cho biết cách tiếp cận của nhóm nghiên cứu Bắc Kinh trông "mới lạ và thú vị".
Cô cho biết thường có sự đánh đổi giữa độ phức tạp và độ chính xác trong việc theo đuổi ưu thế lượng tử. Càng nhiều bước tính toán và số lượng bit lượng tử - các hạt hạ nguyên tử tạo thành một đơn vị thông tin cơ bản - thì siêu máy tính cổ điển càng khó thực hiện công việc này. Hệ thống lượng tử cũng trở nên kém chính xác hơn rất nhiều.
"Không có người chiến thắng trong trò chơi về ưu thế lượng tử này bằng các lập luận khoa học đã biết", Zeng nói và gọi đó là "niềm vui hoàn toàn mang tính khoa học". "Trò chơi này sẽ thúc đẩy độ chính xác của việc điều khiển lượng tử tốt hơn và các thuật toán mô phỏng cổ điển tốt hơn."
Vào tháng 12 năm ngoái, các nhà khoa học Trung Quốc cũng cho biết họ đã chế tạo một máy tính lượng tử sử dụng công nghệ khác với của Google. Hệ thống máy tính có tên Jiuzhang chỉ cần vài phút để giải bài toán mà siêu máy tính mạnh thứ ba thế giới sẽ cần tới 2 tỷ năm để làm xong. Nếu đưa bài toán này cho siêu máy tính mạnh nhất Trái Đất, nó cũng sẽ cần 600 triệu năm để giải thành công thử thách khó.
Tham khảo SCMP