Google (GOOGL.US) đạt tiến bộ lớn trong tính toán lượng tử! Tỷ lệ lỗi ở các khâu quan trọng giảm khoảng 40 lần, tiến gần hơn đến việc ứng dụng thực tế.

Theo thông tin từ APP tài chính Zhihong, Alphabet (GOOGL.US), công ty mẹ của Google, cho biết đã trình diễn một công nghệ mới có thể giảm tỷ lệ lỗi trong một khâu trọng yếu của tính toán lượng tử khoảng 40 lần, đánh dấu bước tiến trong việc xây dựng các cỗ máy mạnh mẽ, đáng tin cậy và có khả năng giải quyết những vấn đề mà máy tính truyền thống không thể xử lý.

Các nhà nghiên cứu Emma Rosenfeld và Craig Gidney viết trên blog AI lượng tử Google rằng, kết quả nghiên cứu được đăng ngày 15/10 trên tạp chí khoa học "Science" cho thấy, một quy trình gọi là “nuôi cấy trạng thái ma thuật” (magic state cultivation) có thể vận hành trên bộ xử lý lượng tử Willow của Google. Công nghệ này đạt độ chính xác kỷ lục 99,99% đối với các trạng thái lượng tử chuyên dụng cần thiết cho một số phép tính nâng cao.

Tiến bộ này đã giải quyết một rào cản lớn trong máy tính lượng tử thương mại: lượng phần cứng khổng lồ cần thiết để phòng tránh lỗi. Máy tính lượng tử sử dụng qubit, phương thức thể hiện và xử lý dữ liệu mà bit của máy tính thường không thể thực hiện. Tuy nhiên, qubit rất nhạy cảm với nhiễu, nếu không được sửa lỗi mạnh mẽ thì việc tính toán đáng tin cậy là rất khó đạt được.

Tại sao “trạng thái ma thuật” lại quan trọng

Một khâu đặc biệt tốn kém trong sửa lỗi liên quan đến chuẩn bị các “trạng thái ma thuật”. Đây là các trạng thái lượng tử chuẩn bị đặc biệt, cho phép thực hiện các phép toán cần thiết cho một máy tính lượng tử toàn diện. Khác với tài nguyên tính toán truyền thống, trạng thái ma thuật sẽ bị tiêu hao khi sử dụng, nên phải liên tục bổ sung.

Google cho biết, một số ước tính trước đây từng chỉ ra việc chuẩn bị các trạng thái này có thể tiêu tốn tới 95% năng lực của máy tính lượng tử, chỉ còn lại một phần rất nhỏ cho việc tính hữu ích. Giảm bớt gánh nặng này có thể giúp máy tính lượng tử tương lai thu nhỏ kích cỡ và giảm chi phí vận hành đáng kể.

Kỹ thuật nuôi cấy của Google sẽ bắt đầu từ một trạng thái lượng tử không hoàn hảo, kiểm tra lỗi nhiều lần để giải quyết vấn đề này. Những lần kiểm tra thất bại sẽ bị loại bỏ, qua đó giúp hệ thống tạo ra các trạng thái có độ tin cậy cao hơn nhiều. Trên bộ xử lý Willow của Google, phương pháp này giảm lỗi khoảng 40 lần so với trạng thái chưa nuôi cấy.

Thách thức kỹ thuật và đột phá

Nghiên cứu này cũng buộc Google phải vượt qua khó khăn trong đo lường lỗi lượng tử. Nhóm phát hiện sóng điện và biến động nhiệt độ có thể làm sai lệch phương pháp kiểm tra, tạo ra kết quả ban đầu có vẻ không phù hợp với vật lý hiện tại. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã sửa đổi điều khiển phần cứng và phát triển cách đo độ chính xác mới cho công nghệ.

Một thành tựu khác là chuyển các trạng thái lượng tử cải tiến giữa hai hệ thống sửa lỗi khác nhau—mã màu (color codes) và mã bề mặt (surface codes). Đây đều là các phương pháp thay thế để bảo vệ thông tin lượng tử khỏi lỗi. Việc chứng minh các trạng thái ấy có thể tồn tại sau khi chuyển đổi cho thấy kỹ thuật nuôi cấy có thể tích hợp vào hệ thống máy tính lượng tử lớn hơn trong tương lai.

Đối với các nhà đầu tư Alphabet, những phát hiện này đồng nghĩa với bước tiến lớn trong việc vượt qua các rào cản kỹ thuật và kinh tế của máy tính lượng tử thương mại. Sửa lỗi hiệu quả hơn có thể giảm số lượng qubit vật lý cần thiết cho tính toán hữu ích, qua đó giảm chi phí và độ phức tạp khi chế tạo máy thương mại. Máy tính lượng tử cuối cùng có thể được ứng dụng vào khoa học vật liệu, hóa học và các lĩnh vực khác mà máy tính truyền thống rất khó thực hiện phép toán phức tạp.

Tuy nhiên, kết quả này không đồng nghĩa Google đã tạo ra máy tính lượng tử có tính ứng dụng thương mại. Công ty thừa nhận vẫn cần xác minh công nghệ ở quy mô lớn hơn và các thách thức kỹ thuật lớn vẫn tồn tại. Sự cải thiện 40 lần chỉ áp dụng cho việc chuẩn bị trạng thái ma thuật, không phải cho hiệu suất tổng thể hoặc tỷ lệ lỗi của toàn bộ bộ xử lý.

Nghiên cứu này củng cố vị trí của Google trong cuộc đua phát triển máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi. Máy tính lượng tử chịu lỗi là những cỗ máy có thể thực hiện tính toán phức tạp kéo dài dù phần cứng bên dưới có lỗi.

Dù thành tựu trên có thể cải thiện kinh tế của máy tính lượng tử trong tương lai, Google vẫn chưa công bố kế hoạch thương mại hóa hoặc định lượng tác động tiềm năng đến doanh thu. Ý nghĩa trực tiếp cho nhà đầu tư là tiến bộ kỹ thuật, chứ không phải đóng góp vào lợi nhuận Alphabet trong thời gian gần.