Chip lượng tử của Google đả bại siêu máy tính

Theo tạp chí Nature, nhóm Google Quantum AI phát hiện rằng "pha phức tạp và ổn định" có thể đạt được với bộ xử lý lượng tử (QPU) hiện tại. Điều này cho thấy, khi máy tính lượng tử bước vào pha nhiễu yếu, chúng có khả năng thực hiện các phép tính phức tạp nhanh hơn cả siêu máy tính mạnh nhất.

"Chúng tôi tập trung vào việc phát triển các ứng dụng thực tế cho máy tính lượng tử, những ứng dụng mà máy tính cổ điển không thể thực hiện được. Đây là bước tiến quan trọng theo hướng đó. Thử thách tiếp theo của chúng tôi là chứng minh ứng dụng có tác động thực tế", đại diện nhóm Alexis Morvan chia sẻ.

Bit lượng tử (qubit) trong QPU hoạt động dựa trên nguyên lý cơ học lượng tử, cho phép thực hiện các tính toán song song. bit của máy tính cổ điển chỉ xử lý tuần tự. QPU càng nhiều qubit, hệ thống càng mạnh. Với khả năng xử lý song song, những phép tính mất hàng nghìn năm trên máy tính có thể hoàn thành trong vài giây bằng máy tính lượng tử.

Tuy nhiên, qubit rất dễ bị nhiễu, với tỉ lệ lỗi cao hơn nhiều so với bit cổ điển. Nhiễu có thể đến từ môi trường như thay đổi nhiệt độ, từ trường hay bức xạ không gian. Để đạt được ưu thế lượng tử, cần có công nghệ sửa lỗi phức tạp hoặc tăng số lượng qubit lên hàng triệu. Hiện tại, máy tính lượng tử lớn nhất chỉ chứa khoảng 1.000 qubit.

Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên random circuit sampling (RCS) nhằm kiểm tra độ tin cậy của mạng qubit siêu dẫn 2D, loại qubit phổ biến làm từ kim loại siêu dẫn, hoạt động ở nhiệt độ gần độ 0 tuyệt đối. RCS là thước đo hiệu suất của máy tính lượng tử so với siêu máy tính.

Kết quả cho thấy qubit có thể chuyển đổi giữa pha đầu tiên và "pha nhiễu yếu" thông qua kích hoạt các điều kiện nhất định. Trong thí nghiệm với chip Sycamore 67 qubit của Google, khi tăng nhiễu hoặc làm chậm sự lan rộng của tương quan lượng tử, các nhà khoa học nhận thấy máy tính lượng tử có thể xử lý các tính toán phức tạp nhanh hơn máy tính cổ điển ở pha nhiễu yếu này.

Thí nghiệm mới của Google cho thấy máy tính lượng tử chịu được mức nhiễu hiện tại và vượt qua máy tính cổ điển trong vài trường hợp tính toán. Tuy nhiên, việc sửa lỗi vẫn cần thiết khi mở rộng quy mô cỗ máy

Dù vậy, thí nghiệm trên cho thấy chúng vẫn có thể hoạt động hiệu quả với mức nhiễu hiện tại. Đây là bước tiến quan trọng, mở ra tiềm năng ứng dụng đột phá trong nhiều lĩnh vực, từ y học, khoa học vật liệu, đến trí tuệ nhân tạo và khám phá vũ trụ.