Trung Quốc tuyên bố 'ưu thế lượng tử': 3 phút giải xong bài toán mà siêu máy tính mạnh nhất thế giới cần 600 triệu năm mới xong!

Bằng một công nghệ khác với những gì Google công bố năm ngoái, nhóm nghiên cứu Trung Quốc đạt được thành tựu "ưu thế lượng tử".

Năm 2019, Google gây chấn động bằng thông báo: cỗ máy tính lượng tử của họ giải thành công một phép tính khó tới mức siêu máy tính phải mất 10.000 năm mới giải xong. Đạt được thành tựu này, thiết bị của Google đủ điều kiện đạt ưu thế lượng tử , tức là khi máy tính lượng tử làm được điều mà máy tính thông thường phải bó tay.

Thiết bị máy tính lượng tử Jiuzhang của Trung Quốc.

Hôm thứ Năm vừa rồi, một trong những nhóm nghiên cứu lượng tử hàng đầu Trung Quốc đăng tải một báo cáo khoa học lên tạp chí Nature và đưa ra tuyên bố tương tự: họ cũng đã đạt được ưu thế lượng tử. Hệ thống máy tính có tên Jiuzhang của họ 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.

Hai hệ thống từ hai ông lớn công nghệ có cách vận hành khác nhau. Google tạo mạch lượng tử bằng kim loại cực lại và siêu dẫn, trong khi đó nhóm nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đạt được ưu thế lượng tử bằng hạt photon.

Vẫn chưa có cỗ máy tính lượng tử nào đủ hiện đại để làm công việc có ích trong thực tế. Nhưng thành tựu mới của người Hoa cho thấy bằng hai cách thức khác nhau ở mức căn bản, khoa học vẫn có thể tạo ra công nghệ vượt mặt siêu máy tính. Ngành máy tính lượng tử vẫn còn đang trong giai đoạn trứng nước hồ hởi đón nhận tin mừng . Anh Lu Chaoyang, giáo sư vật lý tới từ Đại học Khoa học và Công nghệ và cũng là một trong những nhà nghiên cứu đóng góp công sức làm nên đột phá, gọi đây là “bước cần thiết” để tạo nên “máy tính lượng tử quy mô lớn không còn gặp lỗi nặng nề”.

Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc.

Những năm trở lại đây, Google và những cái tên khác trong ngành máy tính lượng tử, như IBM, Microsoft, Amazon, Intel và nhiều startup lớn nữa, đều bỏ tiền tấn vào phát triển phần cứng máy tính lượng tử.

Sức mạnh máy tính lượng tử tới chủ yếu từ các qubit. Giống như các bit trong máy tính thông thường với khả năng biểu thị hai giá trị 0 hoặc 1, qubit có thể tận dụng yếu tố cơ học lượng tử để tồn tại trong trạng thái chồng, tức là có khả năng trở thành hoặc 0 hoặc 1. Với đủ lượng qubit và để chúng phối hợp hài hòa cùng nhau, sức mạnh tính toán của máy tính lượng tử có thể vượt mặt những siêu máy tính mạnh mẽ nhất.

Thế nhưng đó vẫn là tiềm năng. Các chuyên gia máy tính lượng tử chưa có cách kết hợp một lượng đủ lớn qubit để có được một hệ thống tính toán hiệu quả. Google và nhóm nghiên cứu tới từ Trung Quốc có thể tuyên bố ưu thế lượng tử bởi họ có thể gom một lượng qubit khá lớn vào một hệ thống.

Trọng tâm thử nghiệm của Google là con chip siêu dẫn có tên Sycamore với sức mạnh 54 qubit, được đặt vào môi trường lạnh gần với độ không tuyệt đối. Một qubit không “làm nên non”, nhưng sự trợ giúp từ 53 qubit còn lại đã giúp hệ thống giải được một bài toán ví dụ được chọn lựa cẩn thận. Ta chưa biết máy tính lượng tử sẽ cần bao nhiêu qubit để hiệu quả trong đời thực, các chuyên gia dự đoán con số sẽ nằm trong khoảng từ vài trăm tới vài triệu.

Chip lượng tử Sycamore của Google.

Đội ngũ Trung Quốc cũng sử dụng một bài thử thống kê nhằm thử nghiệm khả năng hệ thống, nhưng cách thức vận chuyển dữ liệu lượng tử của cỗ máy Jiuzhang lại dựa trên photon di chuyển bên trong cáp quang. Việc đo đạc mỗi photon sau khi kết thúc chuyến hành trình qua đường cáp tương tự với việc chip của Google đọc giá trị một qubit; cả hai quá trình này đều cho ra kết quả.

Nhóm chuyên gia viết code để đưa vấn đề toán học mới được giải bằng máy tính lượng tử cho Thái Hồ Quang, cỗ siêu máy tính mạnh nhất Trung Quốc và hệ thống nhanh thứ ba thế giới, nhưng sức mạnh của máy tính lượng tử quá vượt trội. Theo tính toán, Thái Hồ Quang sẽ cần 2 tỷ năm để tính ra kết quả mà Jiuzhang tính xong trong hơn 3 phút.

Nhờ ủng hộ từ chính phủ Trung Quốc, nhóm nghiên cứu dẫn dắt bởi Pan Jianwei đã đạt được thành tựu lớn. Những thành công trong quá khứ của họ còn bao gồm khả năng mã hóa lượng tử ở khoảng cách xa nhất từng được ghi lại, sử dụng vệ tinh chuyên dùng trong liên lạc lượng tử để tiến hành một cuộc gọi video giữa Trung Quốc và Áo. Trên lý thuyết, mã hóa lượng tử là tuyệt đối an toàn.

Từ trái sang phải, Lu Chaoyang và Pan Jianwei, hai nhà khoa học về công nghệ lượng tử hàng đầu của Trung Quốc.

Một khác biệt lớn nữa của Jiuzhang so với Sycamore: không dễ để tái lập trình hệ thống sử dụng photon cho những phép tính khác. Tuy vậy, Christian Weedrook, CEO và nhà sáng lập startup Xanadu, một doanh nghiệp nghiên cứu máy tính lượng tử photon khác, nhận định thành tựu vẫn rất đáng chú ý, bên cạnh đó có nhiều cách khác để vượt qua những trở ngại mà giới hạn công nghệ đặt ra.

“Đây là mốc quan trọng trong tin học lượng tử photon, và nó có lợi cho tất cả chúng ta”, CEO Weedbrook nhận định.

Giáo sư Lu Chaoyang nói rằng ông và các cộng sự đang tiến hành lắp ráp một phiên bản tiên tiến và dễ chỉnh sửa hơn của Jiuzhang. Nhiều nhà nghiên cứu khác đã chứng minh được rằng quá trình thử nghiệm ưu thế lượng tử của nhóm chuyên gia Trung Quốc có thể được áp dụng trong nghiên cứu tính chất phân tử, hoặc là giải những biểu đồ toán học có liên quan tới giao thông và mạng xã hội.

Các nhà khoa học Trung Quốc chứng minh cho ta thấy tồn tại nhiều hơn một cách để đạt được ưu thế lượng tử, thế nhưng hành động giải toán để chứng minh sức mạnh vô hình trung lại mở ra nhiều câu hỏi hơn là đáp án. Liệu còn những cách thức tạo ra ưu thế lượng tử nào nữa? Liệu máy tính lượng tử có sớm đạt giới hạn? Liệu tương lai sẽ ra sao khi máy tính lượng tử trở nên đại trà?

Thời gian sẽ trả lời loạt câu hỏi khó.