Năm 2019, Google từng làm thế giới khoa học sửng sốt khi chứng minh được "Ưu thế Lượng tử" – thuật ngữ cho thấy các máy tính lượng tử chứng minh được sức mạnh tiến bộ vượt bậc của mình so với các máy tính truyền thống. Thời điểm đó, máy tính lượng tử của Google giải được một bài toán siêu khó trong thời gian vỏn vẹn 200 giây – trong khi đó siêu máy tính truyền thống phải cần 10.000 năm mới giải xong.
Nhưng giờ đây, một công ty điện toán lượng tử có tên Quantinuum gần đây đã công bố một máy tính lượng tử mới với sức mạnh có thể mang lại kết quả vượt trội gấp 100 lần so với máy tính lượng tử của Google.
Bộ xử lý lượng tử Sycamore của Google
Máy tính lượng tử chính xác là gì?
Máy tính lượng tử hoạt động dựa trên các bit lượng tử. Bit lượng tử (viết tắt là qubit) giống như bit máy tính thông thường, ngoại trừ việc giá trị của chúng có thể đồng thời là cả 0 và 1. Nhờ đặc tính lượng tử kỳ lạ này, các máy tính có thể xem xét nhiều giải pháp cho một vấn đề nhanh hơn máy tính cổ điển. Cuối cùng, máy tính lượng tử sẽ có khả năng giải quyết các vấn đề mà máy tính cổ điển không thể.
Nhưng máy tính lượng tử không giống như máy tính thông thường. Đó là vì các qubit của chúng thường là các nguyên tử được làm lạnh siêu độ, được sắp xếp thành một mảng. Khi được làm lạnh đến mức độ như vậy, các nguyên tử bước vào trạng thái lượng tử. Ngay khi giá trị của bất kỳ qubit nào trở nên chắc chắn, trạng thái lượng tử mất đi tính kết hợp và hoạt động lượng tử sẽ sụp đổ. Vì lý do đó, máy tính lượng tử hiện tại chỉ tồn tại trong các môi trường nghiên cứu và phòng thí nghiệm chuyên dụng.
Máy tính lượng tử Quantinuum mạnh như thế nào so với Google?
Máy tính lượng tử dùng bộ xử lý Sycamore của Google vào năm 2019 chỉ mất khoảng 200 giây để thực hiện một tác vụ mà một siêu máy tính cổ điển tiên tiến nhất sẽ mất khoảng 10.000 năm. Tuy nhiên, máy tính lượng tử Quantinuum còn vượt trội hơn cả Sycamore của Google.
Để đạt được kết quả này, nhóm Quantinuum đã nâng cấp bộ xử lý H2-1 của họ từ hệ thống 32 qubit lên hệ thống 56 qubit, làm tăng đáng kể sức mạnh tính toán. Hơn thế nữa, theo thông báo của Quantinuum, máy tính lượng tử của họ cũng chạy thuật toán với mức tiêu thụ năng lượng ít hơn khoảng 30.000 lần so với chạy thuật toán đó trên một máy tính cổ điển.
Quan trọng hơn, máy tính Quantinuum đã đạt được kỷ lục mới về đánh giá chuẩn entropy chéo, một thước đo được sử dụng để so sánh hiệu suất của các máy tính lượng tử khác nhau. Đây được xem như phép đo lường sức mạnh tiêu chuẩn của các hệ thống máy tính lượng tử. Hệ thống càng nhiễu, kết quả của bạn càng tệ (điểm số sẽ gần với 0 hơn là 1).
Điểm số cho máy tính lượng tử của Google năm 2019 về đánh giá chuẩn entropy chéo là ~0,002; điểm số của H2-1 là ~0,35. Mức điểm chuẩn này cho thấy hệ thống lượng tử của Quantinuum có hiệu suất cao gấp hơn 100 lần so với hệ thống của Google.
Bộ xử lý lượng tử H2-1 của Quantinuum
Thông báo của Quantinuum cho biết: "Trái ngược với các thông báo trong quá khứ liên quan đến các thí nghiệm XEB, 35% là một bước tiến đáng kể hướng tới giới hạn trung thực lý tưởng 100% trong đó lợi thế tính toán của máy tính lượng tử đang trong tầm tay". Nghiên cứu của nhóm hiện đang được lưu trữ trên máy chủ tiền in arXiv.
Máy tính lượng tử còn có ứng dụng nào khác không?
Máy tính lượng tử là bàn thử nghiệm cho tương lai của thông tin – bao gồm cả cách mà mọi người lưu trữ và di chuyển dữ liệu, cũng như tính toán thông tin mới. Năm ngoái, một nhóm nghiên cứu khác đã chỉ ra cách máy tính lượng tử có thể thực hiện các phép tính theo cách trông giống như du hành thời gian.
"Thí nghiệm mà chúng tôi mô tả dường như không thể giải quyết bằng vật lý tiêu chuẩn (phi lượng tử), vốn tuân theo mũi tên thời gian bình thường," David Arvidsson-Shukur, một nhà vật lý lượng tử tại Đại học Cambridge và là tác giả chính của nghiên cứu, nói với Gizmodo vào thời điểm đó. "Vì vậy, có vẻ như sự rối lượng tử có thể tạo ra các trường hợp trông có vẻ giống như du hành thời gian."
Năm trước đó, một nhóm khác tuyên bố họ đã tìm ra cách để tạo nên một lỗ sâu lượng tử - một cổng thông qua đó thông tin lượng tử có thể di chuyển tức thì.
Quantinuum cũng vận hành một mạch thông tin của riêng mình. Năm 2022, một nhóm nghiên cứu sử dụng máy tính lượng tử Quantinuum đã thành công trong việc tạo ra một pha mới của vật chất bằng cách dùng laser bắn phá các qubit đọc ra dãy Fibonacci.
Điện toán lượng tử đôi khi giống như khoa học viễn tưởng, bởi vì dường như thật kỳ lạ khi tận dụng lĩnh vực vượt ra ngoài vật lý cổ điển để thực hiện các tính toán phức tạp. Nhưng khi các hệ thống ngày càng trở nên tốt hơn, và ứng dụng của chúng sẽ ngày càng đa dạng hơn (mặc dù một số tiệm cận với những giấc mơ viễn vông). Hiện tại, nó vẫn bị giới hạn trong các môi trường nghiên cứu, nhưng máy tính lượng tử đang từ từ tạo ra thế giới của ngày mai ngay hôm nay.
