Một nhóm nhà nghiên cứu Trung Quốc vượt qua Google khi chế tạo máy tính lượng tử hoàn thành phép tính trong hơn một giờ thay vì 8 năm như máy tính thông thường.
Đây là cột mốc mới nhất trong công cuộc phát triển dòng máy tính lượng tử kéo dài hai năm qua. Trong thời gian đó, giới nghiên cứu trên khắp thế giới cuối cùng đã đạt “ưu thế lượng tử”, mốc mà tại đó máy tính lượng tử có thể xử lý vấn đề đòi hỏi thời gian phi thực tế với máy tính truyền thống.
Chip qubit siêu dẫn hai chiều. (Ảnh: Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc).
Nhóm nghiên cứu đến từ Google lần đầu tiên đạt mốc cột mốc trên năm 2019 nhờ sử dụng qubit siêu dẫn (dựa vào dòng điện để thực hiện tính toán), theo sau là nhóm chuyên gia Trung Quốc năm 2020 nâng cấp tốc độ bằng qubit photon (dựa trên ánh sáng và có tiềm năng hoạt động nhanh hơn). Hiện nay, một nhóm nghiên cứu khác ở Trung Quốc đứng đầu là Jian-Wei Pan ở Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc tại Thượng Hải, tiếp tục đánh bại Google.
Trong nghiên cứu công bố hôm 29/6 trên trang dữ liệu ArXiv, Pan và cộng sự chứng minh ưu thế lượng tử khi sử dụng qubit siêu dẫn trên bộ xử lý lượng tử mang tên Zuchongzhi. Zuchongzhi là máy tính lập trình 2D có thể dùng đồng thời 66 qubit. Thí nghiệm mới sử dụng 56 qubit trong số đó để xử lý vấn đề được thiết kế để kiểm tra khả năng của máy tính, đó là lấy mẫu phân phối hiệu suất của mạch lượng tử ngẫu nhiên.
Nền tảng lý thuyết của vấn đề này rất khó tóm tắt, liên quan tới ma trận ngẫu nhiên, phân tích toán học, hỗn loạn lượng tử, độ phức tạp tính toán và lý thuyết xác suất. Thời gian cần thiết để xử lý vấn đề tăng lên theo số mũ khi thêm càng nhiều qubit vào hệ thống. Vì vậy, các siêu máy tính thông thường sẽ nhanh chóng rơi vào tình trạng không thể xử lý, biến vấn đề thành phép thử phù hợp để đạt ưu thế lượng tử.
“Chúng tôi tính toán nhiệm vụ lấy mẫu mà Zuchongzhi hoàn thành trong khoảng 1,2 giờ sẽ tiêu tốn thời gian ít nhất là 8 năm với siêu máy tính mạnh nhất”, nhóm tác giả nghiên cứu cho biết.
Vấn đề này khó gấp khoảng 100 lần so với vấn đề mà bộ xử lý Sycamore của Google giải quyết năm 2019. Trong khi Sycamore sử dụng 54 qubit, Zuchongzhi dùng 56, chứng minh thông qua tăng số lượng qubit, hiệu suất của bộ xử lý sẽ cải thiện theo cấp số mũ. Con số trên kém xa so với 76 qubit mà một nhóm nghiên cứu Trung Quốc trước đây sử dụng trong thí nghiệm năm 2020, nhưng bộ xử lý đó là tổ hợp laser, gương, thấu hình và máy dò photon, không phải máy tính lập trình được như Sycamore hoặc Zuchongzhi.