Chip lượng tử của Google đánh bại siêu máy tính nhanh nhất

Thí nghiệm trên bộ xử lý Sycamore 67 qubit của Google cho thấy hoạt động tiến vào "pha nhiễu yếu", trong đó các tính toán đủ phức tạp để vượt qua siêu máy tính.

Máy tính lượng tử có thể đánh bại những máy tính cổ điển nhanh nhất ở lĩnh vực chuyên môn, theo kết quả thí nghiệm đột phá. Nhóm nghiên cứu Google Quantum AI phát hiện có thể đạt được một "pha phức tạp và ổn định" với bộ xử lý lượng tử (QPU) có sẵn. Điều này có nghĩa khi máy tính lượng tử tiến vào pha nhiễu yếu này, chúng có thể thực hiện tính toán phức tạp nhanh hơn hiệu suất của các siêu máy tính nhanh nhất. Alexis Morvan, nhà nghiên cứu máy tính lượng tử ở Google, và cộng sự công bố phát hiện hôm 9/10 trên tạp chí Nature.

"Chúng tôi tập trung vào phát triển ứng dụng thực tế dành cho máy tính lượng tử mà không thể tiến hành trên máy tính cổ điển", đại diện của Google Quantum AI, cho biết. "Nghiên cứu này là bước tiến quan trọng theo hướng đó. Thách thức tiếp theo của chúng tôi là chứng minh một ứng dụng có tác động trong thế giới thực".

Bit lượng tử (qubit) trong QPU dựa vào nguyên lý của cơ học lượng tử để chạy những tính toán song song, trong khi bit máy tính cổ điển chỉ có thể xử lý dữ liệu theo trình tự. QPU càng có nhiều qubit, cỗ máy càng mạnh hơn. Do khả năng xử lý song song, tính toán đòi hỏi hàng nghìn năm để thực hiện bằng máy tính cổ điển có thể hoàn thành trong vài giây với máy tính lượng tử.

Nhưng qubit hay bị nhiễu, có nghĩa chúng cực nhảy và dễ trục trặc khi chịu tác động, xấp xỉ ở tỷ lệ 1/100 qubit so với 1/1 tỷ tỷ bit. Ví dụ bao gồm tác động từ môi trường như thay đổi nhiệt độ, từ trường hoặc thậm chí bức xạ từ không gian. Tỷ lệ lỗi cao có nghĩa để đạt ưu thế lượng tử, các nhà nghiên cứu cần công nghệ sửa lỗi cực kỳ thành thạo hoặc máy tính lượng tử với hàng triệu qubit. Việc tăng kích thước máy tính lượng tử không hề dễ, số qubit lớn nhất trong một cỗ máy hiện nay chỉ ở mức khoảng 1.000.

Thí nghiệm mới do các nhà khoa học Google thực hiện cho thấy máy tính lượng tử có thể chịu được mức độ nhiễu hiện nay và hoạt động tốt hơn máy tính cổ điển trong một số tính toán cụ thể. Tuy nhiên, việc sửa lỗi vẫn cần thiết khi tăng quy mô cỗ máy.

Nhóm nghiên cứu sử dụng một phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên gọi là random circuit sampling (RCS) để kiểm tra độ tin cậy của mạng qubit siêu dẫn 2D, một trong những loại qubit phổ biến nhất cấu tạo từ kim loại siêu dẫn treo ở nhiệt độ gần với độ 0 tuyệt đối. RCS là thuocs đo hiệu suất của máy tính lượng tử so với siêu máy tính cổ điển.

Kết quả thí nghiệm hé lộ qubit có thể chuyển đổi giữa pha đầu tiên và pha thứ hai gọi là "pha nhiễu yếu" thông qua kích hoạt một số điều kiện. Trong thí nghiệm trên chip Sycamore 67 qubit của Google, các nhà khoa học tăng độ nhiễu hoặc làm chậm sự lan rộng của tương quan lượng tử. Ở pha nhiễu yếu, quá trình tính toán đủ phức tạp để họ kết luận máy tính lượng tử có thể hoạt động tốt hơn máy tính cổ điển.