Buzz
Bằng cỗ máy Sycamore, Google đã đạt được Ưu thế Lượng tử - một cỗ máy tính lượng tử có khả năng thực hiện những nhiệm vụ vượt trội so với máy tính cổ điển. Trong thử nghiệm này, máy tính cổ điển không phải là điều bình thường, mà nó là một siêu máy tính.
Nằm xen giữa bờ biển và núi đồi của Goleta, California, có một toà văn phòng nằm ngay cạnh đường quốc lộ. Trong căn nhà này, không có gì là bình thường; các công nhân ngồi trong phòng, được chiếu sáng bởi ánh sáng đèn, ngoài cửa là giá đỡ xe đạp và ván lướt sóng.
Điều đặc biệt là, các nhà khoa học làm việc bên trong không phải là những người bình thường; họ là những nhà vật lý học và nhà khoa học máy tính, đang phát triển một cỗ máy tính chưa từng thấy trước đây. Đằng sau cánh cửa, có một cỗ máy đặc biệt đang được bảo quản ở nhiệt độ thấp như không gian.
Tại đây, các nhà khoa học của Google nhận nhiệm vụ tạo ra một cỗ máy có khả năng giải quyết vấn đề toán học mà thậm chí cả siêu máy tính mạnh nhất thế giới cũng không thể làm. Vào ngày hôm qua, 23 tháng Mười năm 2019, họ tuyên bố đã thành công.
Máy tính lượng tử Sycamore của Google có thể giải quyết vấn đề toán học phức tạp trong vỏn vẹn 200 giây, một bài toán mà siêu máy tính Summit của IBM phải mất 10.000 năm mới giải được. Báo cáo khoa học gây tranh cãi của họ có thể sẽ là dấu mốc trong lịch sử công nghệ máy tính.
'Một trong những lời phê bình chúng tôi nhận được nhiều nhất là đã tự tạo ra một vấn đề toán học riêng để có được điểm benchmark này - và rằng [Sycamore] chưa làm được gì hữu ích', Hartmut Neven, giám đốc kỹ thuật tại Google, trên người đang vận bộ đồ ánh bạc trông như quần áo của phi hành gia, nói với báo giới trong buổi họp báo công bố kết quả.
'Đó chính là lý do chúng tôi muốn so sánh dấu mốc này với vệ tinh Sputnik hơn. Sputnik không làm nhiều điều, nhiệm vụ của nó chỉ là bay vòng quanh Trái Đất. Nhưng đó lại là điểm khởi đầu của Thời đại Không gian'.
Trong máy tính cổ điển, dữ liệu được mô tả dưới dạng '0' và '1', trong khi máy tính lượng tử sử dụng trạng thái gọi là 'qubit'. Thay vì sử dụng logic đơn giản của 'có' và 'không', chip lượng tử tương tác với nhau, chuyển đổi giữa trạng thái '1', '0' và trạng thái chồng - superposition, tồn tại ở cả hai giá trị 0 và 1 cùng một lúc, một trạng thái dựa trên cơ chế hoạt động của cơ học lượng tử.
Mỗi qubit được biểu diễn vật lý bằng một sợi dây siêu dẫn nhỏ, được lặp thành một vòng. Dòng điện chạy qua dây mà không gặp điện trở, hành xử giống như một electron đơn lẻ. Mỗi 'vòng' nối với 4 'vòng' khác, tạo thành một lưới mắt cáo siêu việt.
Con chip có hình dạng giống như một chiếc bánh cưới lộn ngược, nằm trong một khoang chân không. Để duy trì một qubit, nhiệt độ trong khoang phải rất thấp, khoảng 15 mili Kelvin, tương đương -273,135 độ C.
Các nhà khoa học tại Google đã bắt đầu thử nghiệm chứng minh Uy thế Lượng tử từ năm 2016. Thử nghiệm sẽ thực hiện như sau:
Tạo ra các mạch điện ngẫu nhiên bằng cách sử dụng cánh cổng lượng tử này. Đo đạc nhiều lần trên một mạch điện (từ hàng nghìn đến hàng triệu lần), kết quả sẽ hiển thị qua hiệu ứng giao thoa lượng tử.
Các chip lượng tử trước đây của Google.
Sử dụng siêu máy tính để mô phỏng máy tính lượng tử, đòi hỏi nó phải cố gắng tạo ra kết quả với xác suất tương tự như những gì máy tính lượng tử có thể tạo ra. Với mỗi qubit xuất hiện (và mỗi phép toán mới), siêu máy tính lại càng khó theo kịp máy tính lượng tử hơn.
Các nhà khoa học tại Google tin rằng khi hoạt động với 53 qubit của Sycamore (trên tổng số 54 qubit, vì một qubit không hoạt động được), họ sẽ có thể vượt qua siêu máy tính. Để khẳng định điều này, họ phải giảm dần độ phức tạp của mạch điện, để siêu máy tính có thể kiểm tra kết quả và thực hiện thành công phép ngoại suy.
Với sự giúp đỡ từ nhà vật lý học Scott Aaronson của Đại học Texas, Google tìm ra cách áp dụng bài thử Uy thế Lượng tử này. Nó có thể tạo ra các bit ngẫu nhiên, một khía cạnh quan trọng trong nhiều lĩnh vực từ mã hóa đến… đánh xổ số. Tuy nhiên, liệu những con số này thực sự là ngẫu nhiên - hay chỉ là điều mà ai, hay máy tính nào có thể dự đoán được?
Thông qua thử nghiệm trên, Google đã chứng minh rằng máy tính cổ điển không thể tạo ra các số ngẫu nhiên như vậy.
Mặc dù là dấu mốc về công nghệ máy tính, cỗ máy của Google vẫn gặp lỗi. Bất kỳ tương tác nào với thế giới bên ngoài cũng có thể dẫn đến kết quả sai lệch của qubit. Tuy nhiên, thử nghiệm đã chỉ ra rằng khi thêm qubit vào hệ thống, số lượng lỗi sẽ tăng lên… theo một cách có thể được dự đoán. Cách xây dựng mạch, đặc biệt là lưới mắt cáo tạo ra từ các dây siêu dẫn, chính là cách để dự đoán và sửa lỗi.
'Chúng tôi đã chứng minh được rằng chúng tôi có thể kiểm soát những lỗi đó', nhà khoa học Marissa Giustina tại Google nói. 'Đó là điểm chính về mặt kỹ thuật và vật lý trong đột phá này'.
Nhiều nhà khoa học đã chỉ trích, cho rằng máy tính cổ điển có thể thực hiện bài thử Uy thế Lượng tử trong thời gian ngắn hơn nhiều, nhưng điều cần thiết cho máy tính cổ điển là một thuật toán chính xác, điều mà vẫn chưa thực sự có. IBM tuyên bố rằng siêu máy tính Summit của họ có thể thực hiện bài thử của Google trong 2,5 ngày, một khoảng cách lớn (gần 1.460.000 lần) so với con số 10.000 năm mà Google đề cập trong báo cáo nghiên cứu.
Hartmut Neven nói: 'Kể từ khi chúng tôi công bố báo cáo về Uy thế Lượng tử, đã có nhiều ý kiến về việc cải thiện máy tính cổ điển, như là bài thử benchmark cho máy tính cổ điển'. Ông giải thích thêm rằng các nhà nghiên cứu tại NASA, Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge và nhiều nơi khác đều đang nỗ lực cải thiện thuật toán máy tính cổ điển, để cỗ máy tính lượng tử của Google có cơ hội đối đầu mới.
Tính về mặt khoa học, Google đã chứng minh tồn tại một hệ thống lượng tử lớn và phức tạp, vượt xa mọi hệ thống từ trước đến nay. Về phía nghiên cứu máy tính, loài người đã bước vào một kỷ nguyên mới, một lãnh thổ chưa được khám phá: giờ đây có bằng chứng khẳng định rằng máy tính lượng tử đã vượt qua máy tính cổ điển.
Tham khảo Gizmodo
