‘Ưu thế lượng tử’ của Google bị lật đổ, hóa ra phần cứng truyền thống cũng mang lại hiệu suất tương đương

Một nhóm các nhà khoa học tuyên bố đã tái tạo hiệu suất của máy tính lượng tử Sycamore bằng cách sử dụng phần cứng truyền thống, qua đó làm suy yếu “ưu thế lượng tử” mà Google từng đạt được.

Theo báo cáo của tạp chí Science, các nhà khoa học đã sử dụng một hệ thống bao gồm 512 GPU để hoàn thành cùng một phép tính do Google phát triển, phép toán từng dùng để chứng minh công ty Mỹ đã vượt qua cột mốc để đạt được ưu thế lượng tử vào năm 2019.

Nỗ lực này được dẫn đầu bởi nhà vật lý thống kê Pan Zhang, người cho biết siêu máy tính của nhóm ông đã thực hiện phép tính nhanh hơn 10 tỷ lần so với những gì Google nghĩ rằng họ có thể.

Trong điện toán lượng tử, khái niệm ưu thế lượng tử (hay lợi thế lượng tử) có thể được định nghĩa là điểm mà tại đó máy tính lượng tử có thể vượt xa hiệu suất tiềm năng tối đa của các siêu máy tính cổ điển trong một lĩnh vực cụ thể.

Ba năm trước, Google tuyên bố đã đạt được thành tích này với hệ thống máy tính lượng tử Sycamore. Công ty Mỹ khi đó cho biết họ chỉ mất 200 giây để hoàn thành một bài toán thống kê mà một siêu máy tính truyền thống phải mất 10.000 năm mới giải được.

Điều này đã làm nổi bật các thuộc tính của máy tính lượng tử, một thiết bị tính toán sử dụng trực tiếp các hiệu ứng của cơ học lượng tử như “tính chồng chất” và “vướng víu lượng tử” để thực hiện các phép toán trên dữ liệu đưa vào. Nó cũng làm nổi bật những hạn chế của các hệ thống siêu máy tính truyền thống.

Bản vẽ của một nghệ sĩ về máy tính lượng tử Sycamore của Google.

Tuy nhiên, tuyên bố này khi đó đã bị các công ty trong ngành đánh giá dưới con mắt nghi ngờ. Một trong những nhà phê bình gay gắt và ồn ào nhất là IBM. Nhóm lượng tử của IBM nói rằng tuyên bố về quyền tối cao lượng tử của Google là thiếu sót, vì bộ xử lý lượng tử của Sycamore vẫn chưa vượt quá khả năng của máy tính cổ điển,

Công ty này cũng tuyên bố siêu máy tính Summit của họ sẽ có khả năng giải được bài toán tương tự trong hai ngày rưỡi, và có thể nhanh hơn nếu có thêm thời gian để hoàn thiện việc triển khai. Mặc dù điều này vẫn không làm cho Summit nhanh hơn Sycamore, nhưng theo định nghĩa ban đầu về quyền tối cao lượng tử rằng một máy tính lượng tử sẽ phải làm điều gì đó mà một máy tính cổ điển không thể làm được, tức là tuyên bố của Google về ưu thế lượng tử chưa hoàn toàn chuẩn xác.

Và bây giờ, một luận án khoa học được xuất bản bởi Zhang và các đồng nghiệp của ông đã gây thêm nghi ngờ về những tuyên bố của Google.

Theo tạp chí Science giải thích, để tái tạo hiệu suất của Sycamore, trước tiên các nhà khoa học phải cấu hình lại vấn đề dưới dạng một mảng toán học 3D được gọi là mạng tensor. Điều này có nghĩa là họ có thể sử dụng GPU của hệ thống để thực hiện các phép tính song song.

Mức độ chính xác thấp trong tính toán của Sycamore đã cho phép đội nghiên cứu Trung Quốc có thêm cơ hội để hoạt động. Bằng cách giảm thiểu mục tiêu về độ chính xác, họ có thể tăng tốc việc tính toán lên hàng trăm lần, từ đó tái tạo cùng mức hiệu suất mà cỗ máy lượng tử của Google đã đạt được.

Một máy tính lượng tử của IBM.

Mặc dù có vẻ như Google có thể đã quá vội vàng trong việc đưa ra tuyên bố của mình, nhưng về cơ bản, tất cả đều hy vọng rằng cột mốc về ưu thế lượng tử sẽ sớm giảm xuống do mức độ đầu tư vào hoạt động R&D trong lĩnh vực này.

Nhiều giải pháp đang được tiến hành để cải thiện hiệu suất bằng cách tăng số lượng qubit trên bộ xử lý lượng tử. Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu cũng đang thử nghiệm các cơ hội mới liên quan đến thiết kế qubit, ghép nối máy tính lượng tử và siêu máy tính cổ điển, cũng như các kỹ thuật làm lạnh mới và các giải pháp hơn thế nữa.

Gần đây, IBM cũng gợi ý rằng việc tập trung đầu tư vào quá trình giảm thiểu lỗi có thể mang lại kết quả đáng kể trong việc phát triển các hệ thống lượng tử, mở ra một lộ trình hướng tới ưu thế lượng tử. Công ty cho biết khả năng ngăn chặn một số nguồn lỗi nhất định sẽ cho phép các khối lượng công việc lượng tử ngày càng phức tạp được thực thi với kết quả đáng tin cậy.

“Tại IBM Quantum, chúng tôi có kế hoạch tiếp tục phát triển phần cứng và phần mềm của mình theo hướng này” công ty viết trong một bài đăng trên blog.