Buzz
Máy tính lượng tử được dự đoán sẽ thay đổi mạnh mẽ nền công nghệ, với khả năng vượt qua các giới hạn của máy tính truyền thống. Tuy nhiên, hành trình đạt được 'Uy quyền lượng tử' còn phải đối mặt với không ít thử thách và những câu hỏi lớn về khả năng ứng dụng thực tế và tính khả thi của nó.
Uy quyền lượng tử là gì?
Thuật ngữ 'Uy quyền lượng tử' (quantum supremacy) được giới thiệu lần đầu bởi giáo sư John Preskill từ Viện Công nghệ California vào năm 2012. Nó chỉ khả năng của máy tính lượng tử trong việc giải quyết các bài toán mà máy tính cổ điển không thể hoàn thành trong thời gian hợp lý. Đây là một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của công nghệ lượng tử.
Tuy nhiên, việc đạt được 'Uy quyền lượng tử' không có nghĩa là máy tính lượng tử sẽ ngay lập tức trở nên ứng dụng được. Trên thực tế, các thí nghiệm đạt được cột mốc này thường chỉ tập trung vào những vấn đề lý thuyết, chưa có ứng dụng thực tế rõ ràng.
Những bước tiến đáng chú ý
Năm 2019, Google tuyên bố đã đạt được 'Uy quyền lượng tử' với bộ xử lý lượng tử Sycamore có 54 qubit. Trong một thí nghiệm, Sycamore thực hiện các phép toán ngẫu nhiên mà Google tính toán rằng siêu máy tính mạnh nhất lúc bấy giờ sẽ mất tới 10.000 năm để mô phỏng. Thành tựu này được công bố trên tạp chí Nature và thu hút sự chú ý lớn từ cộng đồng khoa học.
Tuy nhiên, chỉ vài năm sau, tuyên bố của Google đã bị các nhà nghiên cứu Trung Quốc phản bác khi họ phát triển một thuật toán có thể mô phỏng các phép toán này trên siêu máy tính trong vài giờ. Đây không phải lần đầu tiên những thí nghiệm đạt được 'Uy quyền lượng tử' bị nghi ngờ, khi các nhà khoa học liên tục khám phá cách khai thác nhiễu và tiếng ồn trong hệ thống để tái tạo kết quả.
Mới đây, Google công bố thí nghiệm với bộ xử lý 70 qubit, trong khi công ty Quantinuum khẳng định máy tính lượng tử 56 qubit của họ đã đạt được cột mốc 'Uy quyền lượng tử' vào năm 2024. Tuy nhiên, nhiều chuyên gia, bao gồm William Fefferman, trợ lý giáo sư tại Đại học Chicago, vẫn nghi ngờ về tính bền vững của những thành tựu này.
Vì sao máy tính lượng tử lại đặc biệt?
Sự khác biệt chính giữa máy tính lượng tử và máy tính cổ điển nằm ở qubit, đơn vị cơ bản của thông tin lượng tử. Trong khi bit cổ điển chỉ có thể ở trạng thái 0 hoặc 1, qubit có thể đồng thời thể hiện cả hai trạng thái nhờ vào hiện tượng chồng chất.
Bên cạnh đó, các qubit có thể kết nối với nhau qua hiện tượng vướng víu lượng tử, tạo ra một hệ thống tính toán mạnh mẽ hơn nhiều so với bit cổ điển. Điều này giúp máy tính lượng tử xử lý nhiều tổ hợp dữ liệu đồng thời, từ đó tăng tốc độ tính toán một cách vượt trội.
Tuy nhiên, để tận dụng hết tiềm năng của qubit, cần có một số lượng lớn qubit hoạt động ổn định. Hiện tại, các máy tính lượng tử thương mại chỉ đạt được vài trăm qubit, vẫn còn rất xa so với yêu cầu hàng triệu qubit để giải quyết các bài toán phức tạp trong thế giới thực.
Những rào cản kỹ thuật
Mặc dù những thí nghiệm đạt được 'Uy quyền lượng tử' là một bước tiến quan trọng, nhưng chúng không thể giấu đi những vấn đề kỹ thuật nghiêm trọng. Một trong những trở ngại lớn nhất chính là tỷ lệ lỗi cao của phần cứng lượng tử.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đang phát triển các mã sửa lỗi lượng tử. Simon Benjamin, giáo sư tại Đại học Oxford, cho biết việc tạo ra một qubit chịu lỗi duy nhất có thể cần tới 1.000 qubit vật lý, điều này đặt ra yêu cầu về quy mô máy tính lượng tử vượt quá khả năng hiện nay.
Ngoài ra, máy tính lượng tử hiện tại vẫn dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ môi trường xung quanh. Chính những yếu tố này tạo cơ hội cho các thuật toán cổ điển lợi dụng để mô phỏng lại kết quả, làm giảm giá trị của 'Uy quyền lượng tử'.
Từ 'Uy quyền lượng tử' đến tiện ích lượng tử
Với những hạn chế đó, các nhà nghiên cứu hiện đang chuyển hướng sang một mục tiêu thực tiễn hơn: tiện ích lượng tử . Đây là khả năng chứng minh rằng máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề thực tế nhanh hơn nhiều so với máy tính cổ điển.
Theo IBM, ngay cả các máy tính lượng tử dễ bị lỗi hiện nay cũng có thể đạt được tiện ích lượng tử trong một số ứng dụng cụ thể như tối ưu hóa chuỗi cung ứng, mô phỏng hóa học lượng tử, hay phân tích dữ liệu tài chính.
Google cũng đã đạt được một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác của máy tính lượng tử. Bộ xử lý mới nhất của hãng, 'Willow', cho thấy khả năng giảm lỗi theo cấp số nhân khi số lượng qubit vật lý tăng lên, mở ra khả năng tiến tới điện toán lượng tử không có lỗi, yếu tố quan trọng để đạt được tiện ích lượng tử ở quy mô lớn.
Máy tính lượng tử hứa hẹn sẽ mở ra một tương lai đầy tiềm năng, nhưng hiện tại chúng ta vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm với những cột mốc quan trọng, tuy nhiên chúng vẫn chưa thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
Mặc dù Uy quyền lượng tử đã được coi là một cột mốc quan trọng, nhiều chuyên gia vẫn cho rằng nó có tính biểu tượng hơn là thực tế. Những bài toán mà nó giải quyết không có ứng dụng rõ ràng trong thế giới thực.
Thay vì chỉ tập trung vào việc biểu tượng, cộng đồng nghiên cứu hiện đang tìm cách phát triển những máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi, với hy vọng chúng sẽ giải quyết được các vấn đề thực tế một cách hiệu quả. Tuy nhiên, các chuyên gia như Fefferman dự đoán rằng có thể mất từ 5 đến 10 năm, thậm chí lâu hơn để đạt được điều này.
Chúng ta đang ở thời điểm đỉnh cao của Uy quyền lượng tử , nhưng đây mới chỉ là sự khởi đầu của hành trình dài và đầy thử thách trong lĩnh vực điện toán lượng tử. Những bước tiến trong phần cứng và thuật toán sẽ quyết định liệu chúng ta có thể áp dụng thực tế những tiến bộ này hay không.
Dù tương lai vẫn còn nhiều ẩn số, nhưng niềm tin vào tiềm năng của máy tính lượng tử vẫn là động lực thúc đẩy nghiên cứu và phát triển. Một ngày nào đó, chúng ta có thể chứng kiến những công nghệ này thay đổi cách con người giải quyết các vấn đề lớn trong xã hội.
