Máy tính lượng tử đã thật sự “thắng” máy tính cổ điển chưa?

[Bùi Minh Nhật]

Sau nhiều năm tranh cãi về việc liệu máy tính lượng tử có thực sự “vượt mặt” máy tính cổ điển hay không, các nhà khoa học tại Đại học Texas ở Austin (Mỹ) đã công bố một cột mốc mới: họ đã chứng minh được “quyền tối cao lượng tử vô điều kiện” một chuẩn mực mới trong lĩnh vực điện toán lượng tử, được xác minh bằng toán học chứ không chỉ bằng giả thuyết.

Khi máy tính lượng tử thật sự vượt qua máy tính cổ điển​

Từ lâu, “ưu thế lượng tử” (quantum supremacy) là mục tiêu mà các tập đoàn công nghệ hàng đầu như Google hay các nhóm nghiên cứu Trung Quốc theo đuổi. Ý tưởng khá đơn giản: nếu một máy tính lượng tử có thể thực hiện một phép tính mà không siêu máy tính nào trên thế giới có thể làm được trong thời gian hợp lý, thì nó đã đạt “ưu thế lượng tử”.

Năm 2019, Google tuyên bố máy tính lượng tử Sycamore của họ hoàn thành một phép tính trong 3 phút 20 giây, trong khi siêu máy tính cổ điển phải mất 10.000 năm. Nhưng chỉ vài năm sau, Trung Quốc dùng một siêu máy tính mạnh hơn và làm lại phép tính đó trong 14 giây khiến “ưu thế” của Google bị nghi ngờ.

Vấn đề là: rất khó để chứng minh rằng không thuật toán cổ điển nào có thể làm được điều tương tự. Nhưng nhóm nghiên cứu tại Đại học Texas đã làm được điều này.

Ưu thế lượng tử “vô điều kiện”: minh chứng không thể phản bác​

Theo nghiên cứu đăng tải trên máy chủ arXiv, nhóm các nhà khoa học Mỹ đã chứng minh được “sự tách biệt vô điều kiện” giữa máy tính lượng tử và cổ điển nghĩa là không thuật toán cổ điển nào, dù hiện tại hay trong tương lai, có thể bắt kịp.

Cụ thể, trong một bài toán thử nghiệm, máy tính lượng tử chỉ cần 12 qubit để xử lý, trong khi máy tính cổ điển cần ít nhất 62 đến 382 bit bộ nhớ để đạt kết quả tương đương. Đây là bằng chứng toán học rõ ràng về quyền tối cao của thông tin lượng tử.

Thí nghiệm sử dụng các ion được điều khiển bằng laser. Hai phần của hệ thống, gọi vui là Alice và Bob, lần lượt tạo và đo trạng thái lượng tử. Nhờ hiện tượng chồng chập lượng tử, máy tính đã tối ưu hóa quá trình đến mức Bob có thể dự đoán trạng thái của Alice điều mà máy tính cổ điển không thể làm với lượng bộ nhớ giới hạn.

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh: “Không giống các tuyên bố trước đây, phát hiện này có thể chứng minh được và lâu dài, không thuật toán cổ điển nào trong tương lai có thể thu hẹp khoảng cách này.”

Cánh cửa mở sang kỷ nguyên điện toán mới​

Dù kết quả này mang tính nền tảng, các chuyên gia cho rằng chặng đường phía trước vẫn còn dài để tạo ra máy tính lượng tử chịu lỗi, ổn định và có hàng nghìn qubit.

Trong khi đó, một nghiên cứu khác từ Đại học Harvard vừa công bố trên tạp chí Nature cho thấy họ đã phát triển thành công máy tính lượng tử 3.000 qubit, sử dụng phương pháp sửa lỗi mới một bước tiến quan trọng hướng đến ứng dụng thực tế.

Với việc “ưu thế lượng tử vô điều kiện” đã được chứng minh, điện toán lượng tử đang tiến gần hơn bao giờ hết đến việc biến lời hứa thành hiện thực mở ra một kỷ nguyên nơi sức mạnh tính toán vượt xa mọi giới hạn hiện nay.

Scientists Say We’ve Finally Reached Quantum Supremacy. For Real This Time!

Unfortunately, that doesn’t mean we’re suddenly living in the quantum era.

www.popularmechanics.com