Trung Quốc thách thức đột phá lượng tử của Google

Phương pháp mô phỏng tính toán lượng tử của các nhà khoa học Trung Quốc có thể thực hiện lại thử nghiệm của Google trong 5 ngày.

Lĩnh vực tính toán lượng tử dù còn sơ khai nhưng hứa hẹn nâng cao sức mạnh tính toán của con người lên một tầm cao mới bằng cách điều khiển các hạt hạ nguyên tử. Các nhà khoa học hy vọng nó sẽ là nền tảng cho những đột phá trong các lĩnh vực như khoa học vật liệu và bào chế thuốc mới.

Đây cũng là một trong những ưu tiên phát triển hàng đầu của chính phủ Trung Quốc. Tuần trước, nước này đã thông qua kế hoạch phát triển 5 năm lần thứ 14, hướng trọng tâm vào các ngành công nghệ và khoa học trọng điểm, đặc biệt là các ứng dụng như mạng truyền thông siêu an toàn và đo lường chính xác.

Google tuyên bố bộ xử lý Sycamore đã đạt được "ưu thế lượng tử". (Ảnh: Google).

"Ưu thế lượng tử" là một cột mốc phát triển, đánh dấu sự khác biệt về sức mạnh tính toán giữa máy lượng tử và máy tính cổ điển.

Tháng 10/2019, Google tuyên bố bộ xử lý Sycamore của hãng là máy tính lượng tử đầu tiên đạt ưu thế lượng tử bằng cách giải quyết một nhiệm vụ trong 3 phút 20 giây, điều mà siêu máy tính mạnh nhất thế giới IBM Summit phải mất 10.000 năm để hoàn thành.

Tuyên bố về sức mạnh của Sycamore và đặc biệt là con số 10.000 năm mà các nhà khoa học Google đưa ra bị nhiều nhà nghiên cứu nghi ngờ. Họ cho rằng trên lý thuyết, bằng cách thay đổi một số thuật toán và cấu hình, thời gian xử lý nhiệm vụ tương tự của siêu máy tính cổ điển có thể giảm xuống chỉ còn vài ngày - không còn quá xa so với những gì Sycamore của Google đạt được.

Tại Bắc Kinh, các nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý lý thuyết thuộc Viện Khoa học Trung Quốc chứng minh giả thuyết này bằng cách lặp lại thử nghiệm của Google nhưng sử dụng sức mạnh tính toán của 60 bộ xử lý đồ họa Nvidia V100 và A100, vốn thường được sử dụng cho các tác vụ trí tuệ nhân tạo.

Các nhà khoa học Trung Quốc đã sử dụng bộ vi xử lý đồ họa Nvidia V100 và A100 cho cuộc thử nghiệm. (Ảnh: Nvidia).

Các nhà khoa học cho biết họ đã hoàn thành nhiệm vụ này "trong khoảng 5 ngày". Kết quả ấn tượng đạt được bằng cách sử dụng một thuật toán mô phỏng mới dựa trên phương pháp mạng tensor tổng quát. Thuật toán này sẽ "cắt" các nhiệm vụ thành các mẫu nhỏ, tối ưu cho các bộ xử lý cổ điển tính toán. Phương pháp này mang lại độ chính xác cao hơn nhiều so với các mẫu từ Sycamore.

Không giống máy tính cổ điển, máy tính lượng tử dễ bị lỗi vì hành vi của các hạt hạ nguyên tử có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường.

Các nhà nghiên cứu tại Bắc Kinh viết: "Mục tiêu thực hiện thí nghiệm về ưu thế lượng tử của Google là thu được một số lượng lớn các mẫu có độ chính xác cao... sao cho nhiệm vụ này là không thể thực hiện đối với máy tính cổ điển. Chúng tôi đã chứng minh được rằng bằng cách sử dụng thuật toán mới, siêu máy tính cổ điển hoàn toàn có thể thu được một số lượng lớn các mẫu theo kiểu cổ điển với độ chính xác thậm chí cao hơn các thí nghiệm của Sycamore".

Mô phỏng tính toán lượng tử trên máy tính cổ điển đóng vai trò quan trọng. Nó cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra và xác minh thí nghiệm trước khi chạy chúng trên một máy lượng tử. Ngoài ra, loại mô phỏng này cũng giúp các nhà khoa học hiểu thêm về các đặc tính kỳ lạ của lượng tử, cũng như ranh giới giữa các hệ thống lượng tử và cổ điển.

Tuy nhiên, nhà nghiên cứu đứng đầu dựa án, Giáo sư Zhang Pan, thừa nhận rằng Sycamore vẫn "nhanh hơn nhiều" trong việc xử lý các phép tính lượng tử. Đồng thời, các siêu máy tính cổ điển vẫn bị hạn chế về khả năng mở rộng quy mô và xử lý các tác vụ phức tạp hơn.

Trước Trung Quốc, nhiều nhà khoa học khác cũng đã đặt câu hỏi về tuyên bố của Google. Tháng 11/2019, IBM đã công bố lý thuyết cho rằng một cách sắp xếp quy trình tính toán mới có thể giúp siêu máy tính của hãng hoàn thành bài toán của Google trong 2 ngày rưỡi, nhưng tuyên bố của IBM từ đó đến nay chưa được chứng minh.

Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm lượng tử Alibaba vào tháng 5 năm ngoái cũng đề xuất nhiệm vụ này bằng cách sử dụng phương pháp mạng tensor nhưng với một thuật toán khác. Dù không thực hiện mô phỏng quy mô đầy đủ, các nhà khoa học tại đây ước tính hệ thống của họ mất chưa đến 20 ngày để hoàn thành nhiệm vụ của Sycamore với độ chính xác tương tự.

Zeng Bei, một chuyên gia máy tính lượng tử và là giáo sư vật lý tại Đại học Khoa học và Công nghệ Hong Kong, cho biết cách tiếp cận của nhóm nghiên cứu Bắc Kinh rất "mới lạ và thú vị".

Bà cho biết thường có sự đánh đổi giữa độ phức tạp và độ chính xác trong quá trình theo đuổi ưu thế lượng tử. Bước tính toán và số lượng bit lượng tử càng nhiều, siêu máy tính cổ điển càng khó thực hiện. Hệ thống lượng tử cũng trở nên kém chính xác hơn.

Không có người chiến thắng trong trò chơi ưu thế lượng tử

Zeng nói: "Đây chỉ là niềm vui hoàn toàn mang tính khoa học. Những người chơi nó sẽ giúp thúc đẩy độ chính xác của điều khiển lượng tử cũng như các thuật toán mô phỏng cổ điển".

Vào tháng 12/2020, các nhà khoa học Trung Quốc cho biết đã chế tạo một máy tính lượng tử sử dụng công nghệ khác với công nghệ của Google. Loại máy tính lượng tử mới dựa trên phương pháp lấy mẫu hạt Boson được cho là có thể thực hiện một nhiệm vụ nhất định trong 200 giây, trong khi Sunway TaihuLight, siêu máy tính nhanh nhất Trung Quốc, sẽ mất 2,5 tỷ năm để hoàn thành.

Dự án đó được dẫn đầu bởi giáo sư Pan Jianwei, nhà vật lý lượng tử tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc. Ngoài ra, ông cũng là thành viên nhóm biên soạn kế hoạch phát triển công nghệ lượng tử của Trung Quốc trong 5 năm tới. Ông cho biết ưu tiên của Trung Quốc là phát triển các bộ mô phỏng lượng tử thực sự hữu ích nhằm giải quyết các vấn đề mà các siêu máy tính cổ điển không thể thực hiện.

Pan cũng cho biết công nghệ mạng liên lạc lượng tử sử dụng vệ tinh sẽ được phát triển và sẽ thúc đẩy việc sớm áp dụng công nghệ siêu an toàn trong các dịch vụ tài chính, quản lý chính phủ và năng lượng.

Các nhà khoa học nước này cũng đặt mục tiêu tới năm 2025 sẽ đạt được những đột phá trong lĩnh vực công cụ đo lường chính xác lượng tử, đặc biệt hữu ích trong mục đích điều hướng, y tế và nghiên cứu khoa học.

• Những chuyện kỳ lạ ở vùng đất có tên "Vùng im lặng"
• Hàng trăm nghìn người bị mất điện vì cáo bay đầu xám