Kỳ tích Trung Quốc: Chế tạo cỗ máy "quái vật" nhanh hơn siêu máy tính Mỹ 10 triệu tỷ lần

Kỳ tích lượng tử của Trung Quốc

Các nhà khoa học ở Trung Quốc cho biết nguyên mẫu máy tính lượng tử mới nhất của họ có tên "Jiuzhang 3.0" với 255 photon đã giải được một bài toán cực kỳ phức tạp trong vòng một phần triệu giây - Trong khi siêu máy tính cổ điển nhanh nhất thế giới của Mỹ phải mất 20 tỷ năm mới có thể giải quyết được nhiệm vụ tương đương.

Sự xuất hiện của Jiuzhang 3.0 một lần nữa vượt qua ranh giới của công nghệ điện toán lượng tử quang tử, Tân Hoa xã nhận định.

Trung Quốc đang dẫn đầu cuộc đua điện toán lượng tử? (Nguồn: Shutterstock).

Được dẫn dắt bởi nhà vật lý lượng tử nổi tiếng người Trung Quốc - Giáo sư Pan Jianwei, nhóm nghiên cứu đã thực hiện thành công kỳ tích tính toán lượng tử này, đạt được tốc độ giải quyết các vấn đề lấy mẫu boson Gaussian (GBS) nhanh hơn 10 triệu tỷ lần so với siêu máy tính cổ điển nhanh nhất hiện có trên thế giới - là siêu máy tính Frontier của Mỹ, thông tin từ Tân Hoa xã .

Cỗ máy tính lượng tử JiuZhang 3.0 cũng đã phá vỡ kỷ lục do "người tiền nhiệm" của nó trong series JiuZhang thiết lập, với tốc độ tính toán tăng gấp 1 triệu lần so với JiuZhang 2.0, theo một bài báo được xuất bản ngày 10/10 trên tạp chí Physical Review Letters.

Giáo sư Pan Jianwei là nhà vật lý lượng tử nổi tiếng trong Chương trình nghiên cứu lượng tử quốc gia của Trung Quốc, đến từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc tại Hợp Phì, tỉnh An Huy phía đông.

Chiếc máy tính lượng tử Jiuzhang đầu tiên - được đặt theo tên của một cuốn sách giáo khoa toán học cổ - được nhóm của Giáo sư Pan Jianwei chế tạo vào năm 2020.

Chuỗi máy tính lượng tử này sử dụng các photon - những hạt cực nhỏ truyền đi với tốc độ ánh sáng - làm phương tiện vật lý để tính toán, trong đó mỗi hạt mang một qubit, đơn vị cơ bản của thông tin lượng tử.

Sau khi tăng số lượng photon từ 76 lên 113 trong hai phiên bản đầu tiên của máy (Jiuzhang 1.0 và Jiuzhang 2.0), Giáo sư Pan Jianwei và nhóm của ông đã tăng số lượng photon lên 255 cho cỗ máy lượng tử JiuZhang 3.0.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng cỗ máy Jiuzhang 3.0 để giải quyết một vấn đề phức tạp dựa trên việc lấy mẫu boson Gauss (GBS) mô phỏng hành vi của các hạt ánh sáng đi qua một mê cung tinh thể và gương.

Máy tính lượng tử Jiuzhang hoạt động bằng cách gửi các hạt ánh sáng (minh họa bằng màu đỏ) vào một mạng lưới các kênh và sau đó đo các photon ở đầu kia (Nguồn: YIHAN LUO).

Trong thử nghiệm, nhóm nghiên cứu cho biết Jiuzhang 3.0 đã giải quyết được một vấn đề có độ phức tạp mẫu cao nhất, khẳng định nó có thể xử lý nhiệm vụ trong vòng một phần triệu giây.

Một trong những lý do chính khiến máy tính lượng tử xử lý tác vụ siêu nhanh là nhờ khả năng thực hiện một số loại phép tính nhất định nhanh hơn theo cấp số nhân so với máy tính cổ điển.

Điều này đặc biệt đúng đối với các bài toán liên quan đến phân tích số lượng lớn, tìm kiếm cơ sở dữ liệu chưa được sắp xếp và mô phỏng các hệ lượng tử.

Những tác vụ tính toán cực kỳ tốn thời gian này đối với máy tính cổ điển có thể được thực hiện với tốc độ và hiệu quả vượt trội bằng máy tính lượng tử.

Máy tính truyền thống dựa vào bit để xử lý thông tin, có thể biểu thị 0 hoặc 1. Ngược lại, máy tính lượng tử sử dụng bit lượng tử (hay qubit), có thể tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái do các nguyên tắc của cơ học lượng tử.

Cuộc đua lượng tử và những thách thức

Trung Quốc, Mỹ và các quốc gia khác đang trong cuộc chạy đua để đạt được "ưu thế lượng tử" - thời điểm mà một cỗ máy tính lượng tử có thể vượt trội hơn các máy tính cổ điển, giải quyết các vấn đề nằm ngoài khả năng của máy móc thông thường.

Nhưng họ đang sử dụng các phương pháp khác nhau để tiếp cận mục tiêu, trong đó bộ xử lý quang tử chỉ là một trong một số loại máy tính lượng tử.

Cũng đang cạnh tranh với các hệ thống máy tính lượng tử dựa trên quang tử là Xanadu - một công ty có trụ sở tại Toronto, Canada.

Hợp tác với Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) ở Mỹ, công ty này đã công bố bộ xử lý lượng tử Aurora, với 216 photon, vào năm 2022.

Nhưng bất chấp tốc độ của chúng, những chiếc máy này vẫn chưa thể thay thế được những chiếc máy tính thông thường.

Ở giai đoạn này, chúng chỉ có thể làm việc trong môi trường được bảo vệ trong thời gian ngắn với những nhiệm vụ có tính đặc thù cao.

Siêu máy tính Frontier của Mỹ (Nguồn: Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, Mỹ).

Máy tính lượng tử cũng mắc rất nhiều sai lầm. Trong một cuộc phỏng vấn năm 2019 với Newsweek , nhà tiên phong về điện toán lượng tử Peter Zoller cho biết, mặc dù máy tính lượng tử quy mô nhỏ với hàng chục qubit đã xuất hiện trong các phòng thí nghiệm, nhưng cần có một bước đột phá trong việc sửa lỗi để chúng trở nên thực sự thiết thực.

"Trong vòng 5 đến 10 năm tới, rất có thể chúng ta sẽ chứng kiến sự xuất hiện của máy tính lượng tử với vài trăm qubit, một số thậm chí còn có khả năng được sửa lỗi một phần".

Trong cùng một cuộc phỏng vấn, Zoller, từ Đại học Innsbruck (Áo) đã suy đoán rằng sẽ cần hàng chục nghìn - hoặc thậm chí hàng triệu qubit - cùng với khả năng sửa lỗi mạnh mẽ để một máy tính lượng tử tốc độ cao và quy mô lớn có thể phục vụ thực tiễn.

Điện toán lượng tử là một lĩnh vực đang phát triển và các nhà nghiên cứu đang tích cực nỗ lực cải thiện tốc độ và độ tin cậy của máy tính lượng tử.

Điều này bao gồm việc phát triển các kỹ thuật sửa lỗi, tạo ra các qubit ổn định hơn và tăng số lượng qubit trong bộ xử lý lượng tử. Khi những tiến bộ này diễn ra, tốc độ và tính thực tiễn của máy tính lượng tử dự kiến sẽ tăng lên đáng kể.

Các nhà khoa học hy vọng, máy tính lượng tử sẽ đạt được sức mạnh tính toán vượt xa tầm với của máy tính cổ điển, thúc đẩy sự tiến bộ của khoa học và công nghệ.

Nguồn: SCMP, Analytics Insight, Tân Hoa xã