Trận chiến Lượng tử: Google khẳng định ưu thế của nó, IBM ngay lập tức tung ra toàn bộ đội ngũ giáo sư để phản bác

Google công bố ưu thế của Lượng tử, nhưng IBM cho rằng ông lớn công nghệ này đã 'gian lận' để tạo ra một báo cáo khoa học thêm phần thuyết phục. Các nhà khoa học khác mỗi người lại ủng hộ một phía. Ngành khoa học nói chung kiên nhẫn chờ đợi, vì họ biết rằng trước sau gì cũng sẽ có người đúng người sai, và sẽ tiếp tục phát triển.

Đặt ra câu hỏi liệu Google đã đạt được ưu thế Lượng tử chưa, bạn sẽ nhận được hai câu trả lời trái ngược nhau; hai câu trả lời đại diện cho hai quan điểm khác nhau về dấu mốc quan trọng nhất trong ngành nghiên cứu máy tính.

Hôm qua, Google công bố một báo cáo khoa học mới, nêu bật rằng họ đã đạt được ưu thế Lượng tử, một dấu mốc quan trọng cho thấy máy tính lượng tử đã vượt qua máy tính cổ điển. Cụ thể, hệ thống lượng tử Sycamore của Google đã vượt qua siêu máy tính mạnh mẽ, giải quyết một bài toán khó trong chỉ 200 giây - một vấn đề toán học mà siêu máy tính phải mất 10.000 năm để giải quyết. Máy tính lượng tử có thể chưa có giá trị ứng dụng thực tế, nhưng trong các nhiệm vụ cụ thể, nó đã chứng minh mình.

Điều này đã đủ để Google tự hào, tuyên bố mình đang chiếm thế thượng phong, sở hữu ưu thế Lượng tử trong cuộc đua giữa các ông lớn công nghệ như Intel, Microsoft, Alibaba và IBM.

Tuy nhiên, không phải ai cũng đồng ý với báo cáo mới, cái nhìn nghi ngờ đến từ đối thủ của Google là IBM. Hơn một tháng trước khi báo cáo chính thức của Google được công bố, IBM đã phản bác kết quả mà Google đưa ra.

IBM đã phát hành một báo cáo khoa học riêng của mình, chỉ ra rằng siêu máy tính mạnh nhất thế giới - Summit của IBM gần như có thể đuổi kịp sức mạnh tính toán của Sycamore. Nếu Summit có thời gian chuẩn bị, chỉ cần 2,5 ngày để giải quyết vấn đề toán học mà Google cho là 'mất 10.000 năm mới xong'. Sự chênh lệch gấp 1.460.000 lần, giữa 2,5 và 3.650.000 ngày, đặt ra nhiều câu hỏi.

Một câu hỏi mà IBM đã nói thẳng ra, rằng tuyên bố của Google cần được phân tích 'với một cái nhìn thận trọng đầy hoài nghi'.

Từ khi nào IBM và Google, hay các ông lớn trong lĩnh vực nghiên cứu máy tính lượng tử, lại có những tranh luận như thế này? Phản bác của IBM nhắc nhở ta về thực tế không màu hồng: không phải mọi đột phá khoa học đều được chào đón mừng, và cụm từ 'Ưu thế Lượng tử' - một thuật ngữ mới chỉ 7 năm tuổi - thích hợp hơn với việc tạo ra sự ấn tượng hơn là đánh dấu một bước tiến quan trọng trong ngành.

Đã nhiều thập kỷ qua, máy tính lượng tử vẫn chưa thể đạt được sự bứt phá. Trên lý thuyết, máy tính cổ điển sử dụng hệ thống “0” và “1” để mô tả dữ liệu, trong khi máy tính lượng tử sử dụng trạng thái “qubit” khác biệt. Thay vì sử dụng logic “có” và “không”, chip lượng tử tương tác với nhau, chuyển đổi trạng thái giữa “1”, “0” và trạng thái chồng lên nhau - superposition, tồn tại ở cả hai giá trị 0 và 1 cùng một lúc, dựa trên cơ chế hoạt động của cơ học lượng tử. Về lý thuyết, máy tính lượng tử mạnh hơn máy tính cổ điển với ba trạng thái hiển thị dữ liệu.

Tuy nhiên, trong nhiều năm, chúng ta vẫn chưa thấy điều này xảy ra. Đến tối hôm qua, không ai dám tự tin với danh hiệu “Ưu thế Lượng tử - Quantum Supremacy”.

Thuật ngữ ấn tượng này có ý nghĩa gì? Và những hậu quả của nó là gì?

Năm 2012, nhà vật lý lý thuyết John Preskill tại Viện Công nghệ California thay đổi cách chúng ta nhìn nhận vấn đề: ông sử dụng thuật ngữ “quantum supremacy” để chỉ khoảnh khắc máy tính lượng tử vượt qua siêu máy tính mạnh nhất mà chúng ta có. Dù tên gọi này ngay lập tức thu hút sự chú ý, nhưng ý nghĩa thực sự của nó vẫn mơ hồ và không nhất quán suốt 7 năm qua.

Và suốt 7 năm qua, khiến cho ngày hôm nay IBM phải lên tiếng phản bác kết quả “ưu thế lượng tử” mà Google vừa đạt được.

Trước hết, cần phải nêu rõ rằng “ưu thế” chỉ là thời điểm máy tính lượng tử vượt qua máy tính cổ điển, không phải là việc giải thành công một vấn đề toán học mà máy tính cổ điển không thể giải được. Như Giáo sư Thomas Wong từ Đại học Creighton đã nói: “nếu có đủ thời gian, cả máy tính lượng tử và máy tính cổ điển đều có thể giải quyết một vấn đề toán học”.

Điều này khiến cho việc định nghĩa về ưu thế cần phải rõ ràng hơn: đó là khi máy tính lượng tử giải quyết được một bài toán mà máy tính cổ điển không thể làm trong một thời gian thực tế. Đến bây giờ, định nghĩa vẫn mơ hồ, với định nghĩa “thực tế” của IBM và Google khác nhau.

Với Google, mất 10.000 năm cho Summit giải quyết bài toán, trong khi Sycamore chỉ mất 200 giây, con số 10.000 năm đó là không thực tế. Vì lý do đó, họ tuyên bố đạt được ưu thế lượng tử.

Hóa ra trong nghiên cứu máy tính, “tốc độ” là một khái niệm tương đối

Với IBM, họ không tin rằng Summit của họ thất bại đến mức đó. Tính toán lại, IBM chỉ ra (và viết một báo cáo khoa học) rằng họ có thể giải quyết vấn đề mà Google đưa ra trong 2,5 ngày. Nhiều chuyên gia máy tính đồng ý với những gì IBM nói. Giáo sư Scott Aaronson từ Đại học Texas nói: “Với tôi, tuyên bố của IBM hoàn toàn có cơ sở”.

Vậy con số 2,5 ngày có thực tế không? Có và không. Với một số tác vụ cụ thể, 2,5 ngày là nhanh, nhưng với những tác vụ khác thì không. Vì vậy, khi nhà nghiên cứu máy tính nói về ưu thế lượng tử và thời gian thực tế để giải quyết vấn đề toán học, họ luôn có ý niệm cụ thể về nhanh và chậm trong tâm trí.

Họ phân biệt nhanh là khi thời gian đa thức - khi thời gian tăng tuyến tính với kích thước của dữ liệu đầu vào, và chậm là khi giải quyết bài toán với thời gian số mũ. Các chương trình máy tính sẽ tiếp tục hoạt động nhanh khi đối mặt với dữ liệu có kích thước lớn; khi một vấn đề toán học phức tạp hơn cần được giải quyết, các chương trình máy tính sẽ chạy chậm hơn rõ ràng.

Trong báo cáo của Google, họ chỉ ra rằng máy tính 53 qubit thực hiện phép tính đặc biệt có tên “lấy mẫu mạch điện ngẫu nhiên” với thời gian đa thức. Không có bằng chứng nào cho thấy máy tính cổ điển có thể thực hiện bài toán với thời gian nhanh hơn thời gian đa thức.

Theo giáo sư William Fefferman từ Đại học Chicago, điều này mới là lý do mà Google khẳng định Ưu thế Lượng tử, chứ không phải là những con số thực tế như 10.000 ngày hay 2,5 ngày.

Còn một điều quan trọng cần phải nói, đó là cỗ máy lượng tử của Google giải quyết bài toán theo cách khác biệt so với máy tính cổ điển. Điều này có nghĩa rằng mỗi khi thêm vào 1 qubit, máy tính cổ điển cũng phải tăng kích cỡ lên gấp đôi để có sức mạnh tính toán tương đương.

Hiện tại, Summit của IBM có kích cỡ bằng 2 sân bóng rổ; khi máy tính lượng tử đạt 70 qubit - dự kiến trong vài năm tới, siêu máy tính sẽ phải có kích cỡ của một thành phố để hai cỗ máy đối đầu được với nhau.

Giáo sư Aaronson trích lời một người bạn, nói rằng mối quan hệ giữa máy tính cổ điển và máy tính lượng tử giống như khi Garry Kasparov đối đầu với siêu máy tính Deep Blue của IBM. Kasparov có thể chống cự được vài hiệp, nhưng cuối cùng thuật toán của Deep Blue sẽ vượt trội hơn trí tuệ của kiện tướng thế giới.

“Kasparov có thể chống cự một thời gian, có lẽ kéo dài được một năm hoặc hơn”, giáo sư Aaronson nói. “Nhưng nếu nhìn từ góc độ cơ bản, thì kiện tướng chắc chắn sẽ thua”.

Google công bố Ưu thế Lượng tử, trong khi IBM cho rằng ông lớn ngành công nghệ đã 'ăn gian' để làm báo cáo khoa học thêm phần thuyết phục. Mặc dù các nhà khoa học có những quan điểm khác nhau, nhưng Khoa học vẫn kiên nhẫn chờ đợi, bởi họ biết rằng luôn có sự phát triển và lúc nào cũng sẽ có câu trả lời.

Tham khảo thông tin từ IBM, Google, The Guardian và tạp chí Quanta