Google công bố chip lượng tử Willow, thúc đẩy tiến trình hướng tới điện toán lượng tử quy mô lớn

Công ty công nghệ Google đã giới thiệu Willow, chip lượng tử mới nhất của mình, cung cấp hiệu suất tiên tiến trên nhiều số liệu, cho phép hai bước đột phá. Willow có khả năng giảm lỗi theo cấp số nhân khi thêm nhiều qubit hơn, giải quyết một thách thức lớn trong việc sửa lỗi lượng tử mà các nhà nghiên cứu đã giải quyết trong gần 30 năm. Ngoài ra, Willow đã hoàn thành thành công một phép tính chuẩn chuẩn trong vòng chưa đầy năm phút, một nhiệm vụ mà một trong những siêu máy tính nhanh nhất hiện nay sẽ mất mười septillion (hoặc 10^25) năm để hoàn thành—một khoảng thời gian vượt xa tuổi của Vũ trụ.

Lỗi là một trong những thách thức quan trọng nhất trong Tính toán lượng tử , vì qubit—đơn vị tính toán cơ bản trong máy tính lượng tử—có xu hướng tương tác nhanh với môi trường xung quanh, khiến việc duy trì thông tin cần thiết để hoàn thành các phép tính trở nên khó khăn.

Một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature chứng minh rằng bằng cách tăng số lượng qubit được sử dụng trong Willow, chúng ta cũng có thể giảm lỗi và tăng cường các đặc điểm lượng tử của hệ thống. Google đã thử nghiệm các mảng qubit vật lý lớn hơn dần dần, bắt đầu với lưới 3×3, sau đó chuyển sang lưới 5×5 và cuối cùng là lưới 7×7. Mỗi lần, bằng cách áp dụng những tiến bộ mới nhất của chúng tôi trong việc sửa lỗi lượng tử, chúng tôi đã có thể giảm một nửa tỷ lệ lỗi. Sự giảm lỗi theo cấp số nhân này đánh dấu một thành tựu lịch sử trong lĩnh vực này, được gọi là "dưới ngưỡng" - khả năng giảm tỷ lệ lỗi trong khi tăng quy mô số lượng qubit.

Để đánh giá hiệu suất của Willow, Google đã sử dụng chuẩn lấy mẫu mạch ngẫu nhiên (RCS). Kết quả thật đáng kinh ngạc: Willow đã hoàn thành một phép tính trong vòng chưa đầy năm phút mà một trong những siêu máy tính mạnh nhất hiện nay phải mất 10^25 năm, hoặc mười septillion năm, để hoàn thành. Để so sánh, điều này tương đương với 10,000,000,000,000,000,000,000,000 năm. Con số phi thường này vượt xa mọi thang thời gian đã biết trong vật lý và lớn hơn nhiều lần so với tuổi của vũ trụ.

Willow sẽ làm gì tiếp theo?

Theo Google , quá trình phát triển chip Willow bắt đầu từ hơn một thập kỷ trước. Mục tiêu là tạo ra một máy tính lượng tử thực tế, quy mô lớn có thể khai thác cơ học lượng tử — “hệ điều hành” của tự nhiên, như chúng ta hiểu ngày nay — để mang lại lợi ích cho xã hội bằng cách thúc đẩy khám phá khoa học, phát triển các ứng dụng hữu ích và giải quyết một số thách thức cấp bách nhất của xã hội. Là một phần của Google Research, nhóm đã vạch ra lộ trình dài hạn, với Willow đánh dấu một cột mốc quan trọng hướng tới các ứng dụng khả thi về mặt thương mại.

Thách thức tiếp theo trong lĩnh vực này là chứng minh phép tính “hữu ích, vượt ra ngoài phạm vi cổ điển” đầu tiên trên máy tính ngày nay chip lượng tử , một ứng dụng có liên quan đến thế giới thực. Google lạc quan rằng thế hệ chip Willow có thể giúp đạt được cột mốc này.

Cho đến nay, hai loại thí nghiệm riêng biệt đã được tiến hành. Đầu tiên, chuẩn mực RCS đã được thực hiện, đánh giá hiệu suất so với máy tính cổ điển, mặc dù nó không có ứng dụng thực tế trực tiếp. Thứ hai, mô phỏng các hệ thống lượng tử đã được thực hiện, dẫn đến những khám phá khoa học mới, mặc dù chúng vẫn nằm trong khả năng của máy tính cổ điển. Mục tiêu là kết hợp cả hai cách tiếp cận — bước vào lĩnh vực thuật toán vượt ra ngoài điện toán cổ điển và cũng có thể áp dụng cho các vấn đề thực tế, có ý nghĩa thương mại.