Lần đầu tiên trong lịch sử, chip lượng tử của Google đã chứng minh sức mạnh thực sự khi xử lý nhanh gấp 13.000 lần siêu máy tính với cùng một thuật toán.

Sau nhiều năm nghiên cứu, Google đã chứng minh rằng chip lượng tử của họ có khả năng giải quyết các vấn đề thực tế trong thế giới này.

Vào năm 2019, Google đã tuyên bố đạt được quantum supremacy với chip Sycamore, khi chỉ mất 200 giây để giải quyết bài toán mà siêu máy tính Summit của IBM phải mất đến 10.000 năm. Tuy nhiên, thành tựu này bị nhiều nhà khoa học cho là không có ứng dụng thực tế.

Mới đây, Google tiếp tục khẳng định vị thế dẫn đầu trong công nghệ điện toán lượng tử khi giới thiệu chip lượng tử Willow. Lần đầu tiên, một chip lượng tử chứng minh sức mạnh vượt trội khi xử lý nhanh gấp 13.000 lần so với siêu máy tính hiện nay đối với cùng một thuật toán.

Điều đặc biệt lần này là kết quả không chỉ nhanh hơn mà còn có thể được xác minh lại bởi các máy tính lượng tử khác có cùng chất lượng, hoặc thông qua thí nghiệm vật lý thực tế, mở ra cơ hội ứng dụng công nghệ lượng tử trong tương lai.

Cốt lõi của thành tựu này là thuật toán Quantum Echoes, hay Tiếng Vang Lượng Tử. Thuật toán này cho phép kết quả được kiểm chứng độc lập, nghĩa là có thể lặp lại trên bất kỳ máy tính lượng tử nào khác có chất lượng tương đương để xác nhận độ chính xác, từ đó thúc đẩy ứng dụng thực tế trong các ngành công nghiệp.

Tom O'Brien, nhà khoa học cấp cao tại Google Quantum AI, nhấn mạnh rằng khả năng kiểm chứng là một bước tiến lớn trong việc đưa công nghệ này vào ứng dụng thực tế. Ông giải thích rằng cả phần cứng lẫn phần mềm phải kết hợp chặt chẽ để máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề trong tương lai, giống như cách phát triển phần mềm trong máy tính truyền thống.

Về mặt kỹ thuật, thuật toán Quantum Echoes hoạt động giống như một tiếng vang tinh tế. Các nhà khoa học gửi tín hiệu vào hệ thống lượng tử trên chip Willow, sau đó đảo ngược quá trình phát triển của tín hiệu để lắng nghe phản hồi. Tiếng vang lượng tử này trở nên mạnh mẽ nhờ vào hiện tượng giao thoa, khi các sóng lượng tử cộng lại tạo ra độ nhạy đo lường cao.

Thành tựu này được xây dựng từ nhiều thập kỷ nghiên cứu và sáu năm đột phá của Google. Vào năm 2019, họ đã chứng minh rằng máy tính lượng tử có thể giải quyết các bài toán mà siêu máy tính nhanh nhất cần hàng nghìn năm. Vào cuối năm 2024, chip Willow ra mắt, với khả năng giảm lỗi đáng kể, giải quyết một vấn đề lớn đã thách thức các nhà khoa học trong gần ba thập kỷ. Giờ đây, với thuật toán Quantum Echoes, Google đã đưa máy tính lượng tử tiến gần hơn đến việc thúc đẩy các khám phá quan trọng trong y học và khoa học vật liệu.

Để minh họa tầm quan trọng của bước đột phá này, các nhà khoa học Google đưa ra một so sánh dễ hiểu: Trước đây, công nghệ sonar chỉ có thể phát hiện xác tàu dưới đáy biển với hình ảnh mờ nhạt, nhưng với độ chính xác cao của Willow, họ không chỉ tìm thấy tàu mà còn đọc được cả tên trên thân tàu.

Thuật toán Quantum Echoes đã được chứng minh có khả năng phân tích cấu trúc phân tử, tính toán khoảng cách giữa các nguyên tử. Phương pháp này sử dụng công nghệ Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân, nền tảng khoa học đằng sau công nghệ chụp MRI.

Trong một thí nghiệm hợp tác với Đại học California, Berkeley, nhóm nghiên cứu đã chạy thuật toán trên chip Willow để nghiên cứu hai phân tử: một phân tử có 15 nguyên tử và một phân tử có 28 nguyên tử. Kết quả thu được hoàn toàn khớp với phương pháp NMR truyền thống, đồng thời tiết lộ những thông tin mà NMR không thể cung cấp.

Các nhà khoa học hy vọng rằng công nghệ này sẽ có ứng dụng rộng rãi trong tương lai. Trong lĩnh vực phát triển thuốc mới, nó có thể giúp xác định cách các thuốc tiềm năng tương tác với mục tiêu của chúng. Trong khoa học vật liệu, nó có thể đóng vai trò quan trọng trong thiết kế pin, polymer và các vật liệu lượng tử mới. Xiao Mi, nhà khoa học nghiên cứu tại Google Quantum AI, cho biết máy tính lượng tử sẽ là yếu tố then chốt trong việc mô phỏng các hiện tượng cơ học lượng tử như sự tương tác giữa các nguyên tử và hạt, cũng như cấu trúc của phân tử.

Tuy nhiên, để công nghệ này có thể ứng dụng thực tế trong việc phát hiện thuốc và thiết kế vật liệu, ngành công nghiệp vẫn cần một máy tính lượng tử lớn gấp khoảng 10.000 lần so với các máy hiện tại. Điều này không làm giảm giá trị của thành tựu hiện tại, mà còn mở ra một con đường rõ ràng cho sự phát triển trong tương lai.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature danh giá, khẳng định tính khoa học và tầm quan trọng của công trình. Google hiện đang tập trung vào mục tiêu tiếp theo trong lộ trình phát triển phần cứng lượng tử của họ, đó là tạo ra qubit logic có khả năng tồn tại lâu dài. Đây là bước quan trọng để xây dựng máy tính lượng tử sửa lỗi quy mô đầy đủ, mở ra khả năng ứng dụng thực tế hơn nữa.