Giống như các công ty công nghệ lớn khác, Google đang chạy đua để trở thành hãng đầu tiên đạt được mức “ưu thế lượng tử tuyệt đối” (quantum supremacy) – khi máy tính lượng tử có thể chạy một thuật toán cụ thể nhanh hơn máy tính kỹ thuật số bình thường.

>> Máy tính lượng tử là gì và vì sao nó có khả năng tính toán siêu đẳng?

Tuyên bố mới nhất của hãng cho biết: bộ xử lý Bristlecone mới nhất Google sẽ giúp công ty đạt được mục tiêu này. Theo Phòng thí nghiệm AI Lượng tử Google, chip mới có thể cung cấp “một bằng chứng thuyết phục để xây dựng các máy tính lượng tử quy mô lớn hơn.”

Chip lượng tử mới của Google
Bristlecone là vi xử lý lượng tử mới nhất của Google (trái). Bên phải là mô hình mẫu của chip: mỗi dấu “X” thể hiện cho một qubit (ảnh: research.googleblog.com)

Một trong những trở ngại lớn nhất đối với ưu thế lượng tử tuyệt đối là tỷ lệ lỗi và khả năng mở rộng. Các qubit (phiên bản lượng tử của các bit truyền thống) rất không ổn định và có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu, và hầu hết các hệ thống này chỉ có thể giữ trạng thái dưới 100 micro-giây (phần triệu của giây). Google tin rằng ưu thế lượng tử tuyệt đối có thể được “chứng minh một cách thuyết phục” với 49 qubit và tỉ lệ lỗi 2 qubit dưới 0,5%. Các hệ thống lượng tử trước đây của Google đã đưa ra sai số 2 qubit là 0,6%. Về lý thuyết thì sự khác biệt là rất nhỏ, nhưng trong thế giới điện toán lượng tử, thì sự khác biệt này có ý nghĩa rất quan trọng.

Mỗi con chip Bristlecone đều có 72 qubit, giúp giảm bớt một số lỗi này, nhưng như Google nói, tính toán lượng tử không chỉ là qubit.

Cần có sự kết hợp đồng bộ giữa phần cứng, phần mềm và chip vi xử lý lượng tử để đạt được mục tiêu

Nguyên tắc thiết kế cho chip vi xử lý mới của Google là: bảo vệ các tính năng vật lý cơ bản của công nghệ mảng tuyến tính 9-qubit trước đó. Công nghệ này được cho là có kết quả tốt nhất với tỉ lệ lỗi thấp cho bộ đọc (1%), các cổng qubit đơn (0,1%) và quan trọng nhất là các cổng 2-qubit (0,6%).

Chip vi xử lý mới này sử dụng cùng một mô hình cho việc ghép nối, điều khiển và đọc dữ liệu, nhưng được mở rộng thành một mảng vuông 72 qubit. Nhóm nghiên cứu của Google đã đã chọn kích thước 72 qubit để thiết kế chip mới với mục tiêu chứng minh ưu thế lượng tử tuyệt đối trong tương lai, đồng thời tạo điều kiện cho việc phát triển các thuật toán lượng tử trên một thiết bị phần cứng trong thực tế.

Chip lượng tử mới của Google
Biểu đồ cho thấy mối quan hệ giữa tỷ lệ lỗi và số lượng qubit. Hướng nghiên cứu của Phòng thí nghiệm lượng tử AI Google được thể hiện bằng màu đỏ (ảnh: research.googleblog.com)

Trước khi kiểm tra với các ứng dụng cụ thể, điều quan trọng là định lượng được khả năng của bộ xử lý lượng tử. Nhóm lý thuyết của Google đã phát triển công cụ giúp chấm điểm chính xác cho nhiệm vụ này. Họ có thể xác định giá trị lỗi của một hệ thống cụ thể bằng cách áp dụng các mạch điện lượng tử ngẫu nhiên vào thiết bị và so sánh phân bố đầu ra được lấy mẫu với một mô phỏng cổ điển.

Nếu một bộ vi xử lý lượng tử có thể hoạt động với sai số đủ thấp, nó có thể xử lý một số bài toán khoa học vượt trội so với một siêu máy tính kỹ thuật số, thành tựu này được gọi là “ưu thế lượng tử tuyệt đối.” Các mạch ngẫu nhiên này phải lớn cả về số lượng qubit lẫn chiều dài tính toán (chiều sâu). Mặc dù chưa công ty nào đạt được mục tiêu này, nhưng các nhà lý thuyết của Google có thể chứng minh một cách khá thuyết phục với 49 qubit, độ sâu mạch hơn 40 và một tỉ số lỗi 2-qubit dưới 0,5%.

>> Tiềm năng gấp triệu lần, vì sao máy tính lượng tử vẫn chưa nhanh bằng máy thường?

Các nhà nghiên cứu của Google đang nỗ lực để đạt được hiệu suất tương tự với tỉ lệ lỗi tốt nhất của chip 9 qubit, và bây giờ là chip 72 qubit của Bristlecone. Họ tin rằng Bristlecone là một bằng chứng thuyết phục về việc xây dựng các máy tính lượng tử quy mô lớn.

Việc vận hành một thiết bị như Bristlecone với lỗi hệ thống thấp đòi hỏi sự hài hòa công nghệ hoàn chỉnh bao gồm cả phần mềm và công nghệ điện tử điều khiển, cho tới bản thân bộ vi xử lý. Để đạt được yêu cầu này, cần phải thận trọng lặp lại nhiều lần các biện pháp kỹ thuật hệ thống.

Chip lượng tử mới của Google
Một chip Bristlecone đang được lắp đặt bởi một nghiên cứu viên của Google tại Phòng nghiên cứu AI lượng tử tại Santa Barbara (ảnh: research.googleblog.com)

Google vẫn thường quảng bá về những nỗ lực phát triển điện toán lượng tử. Nhưng các công ty công nghệ lớn khác cũng đang có những kế hoạch tương tự. IBM đang nghiên cứu phát triển các máy tính lượng tử phổ thông để sử dụng trong kinh doanh, trong khi đó Micorsoft cũng đang khám phá lĩnh vực này.

Cuộc đua để đạt được ưu thế lượng tử tuyệt đối sẽ rất cạnh tranh, nhưng nhóm nghiên cứu Bristlecone cho biết, họ “lạc quan một cách thận trọng” rằng sẽ giành được chiến thắng.

Theo engadget.com và research.googleblog.com
Thiện Tâm tổng hợp

>> Các nhân viên đời đầu của Facebook và Google liên minh để ‘chống lại’ sản phẩm của họ