Trong cuộc đua phát triển công nghệ lượng tử, Google Quantum AI vừa thực hiện một bước tiến quan trọng khi công bố kết quả nghiên cứu chứng minh rằng những chiếc máy tính lượng tử hiện tại, dù vẫn còn tiếng ồn, đã có thể hoàn thành một phép tính mà các siêu máy tính cổ điển phải mất hàng năm mới giải quyết được. Nghiên cứu này, được đăng tải trên tạp chí Nature vào tháng 10 năm 2024, đánh dấu một cột mốc lớn trong hành trình hiện thực hóa tiềm năng của máy tính lượng tử trong thế giới thực.

Khả năng vượt trội của máy tính lượng tử trong tính toán

Công nghệ lượng tử đang dần trở thành một trong những xu hướng công nghệ hứa hẹn nhất thế kỷ 21. Đội ngũ của Google Quantum AI đã sử dụng một máy tính lượng tử Sycamore với 67 qubit để thực hiện một bài kiểm tra mang tên random circuit sampling – một trong những thử thách khó khăn nhất đối với máy tính lượng tử hiện tại. Bài toán này đã trở thành một dấu mốc quan trọng, cho thấy máy tính lượng tử có thể vượt qua những siêu máy tính mạnh mẽ nhất hiện nay trong một số trường hợp nhất định.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã chứng minh rằng máy tính lượng tử có thể tồn tại một giai đoạn tính toán phức tạp ổn định mà ngay cả khi có sự hiện diện của tiếng ồn, chúng vẫn có thể thực hiện những phép toán vượt xa khả năng của các siêu máy tính cổ điển. Điều này cho thấy máy tính lượng tử đang trên đà phát triển để giải quyết những bài toán mà trước đây tưởng chừng như không thể với máy tính thông thường.

Tiềm năng thực tiễn của máy tính lượng tử

Một trong những câu hỏi được nhiều nhà nghiên cứu cũng như các doanh nghiệp quan tâm là liệu những máy tính lượng tử đầy tiếng ồn có thực sự vượt qua siêu máy tính cổ điển trong các bài toán thực tế hay không. Sergio Boixo, nhà khoa học hàng đầu của Google Quantum AI, chia sẻ rằng thí nghiệm này đã chỉ ra máy tính lượng tử trải qua quá trình chuyển pha giữa hai giai đoạn. Trong một trong những giai đoạn đó – giai đoạn “ít tiếng ồn”, máy tính lượng tử đã hoàn thành bài kiểm tra với mức độ phức tạp đủ lớn để vượt qua các máy tính cổ điển.

Điều này không chỉ khẳng định tiềm năng vượt trội của máy tính lượng tử trong các bài toán tính toán phức tạp, mà còn củng cố tính khả thi của công nghệ này trong tương lai. Một điều quan trọng khác là kết quả này cũng xác nhận tính hợp lệ của bài kiểm tra random circuit sampling, vốn đã được các nhà nghiên cứu sử dụng từ năm 2019. Mặc dù bài kiểm tra này không có ứng dụng trực tiếp trong thế giới thực, nhưng nó là một tiêu chuẩn giúp đánh giá khả năng vượt trội của máy tính lượng tử so với máy tính cổ điển.

Sự phát triển theo cấp số nhân của máy tính lượng tử

Điểm đáng chú ý nhất từ nghiên cứu này chính là sự khẳng định về quy luật Neven's Law – một giả thuyết đã được đưa ra từ trước, cho rằng sức mạnh của máy tính lượng tử đang phát triển theo một tốc độ nhanh hơn cả luật Moore nổi tiếng của máy tính cổ điển. Neven's Law dự đoán rằng tốc độ phát triển của máy tính lượng tử sẽ gia tăng theo cấp số nhân kép, tức là nhanh hơn gấp nhiều lần so với tốc độ phát triển của các siêu máy tính hiện tại.

Đối với Google, việc xác nhận quy luật này là một bước tiến lớn không chỉ về mặt khoa học mà còn về mặt thương mại. Nó cho thấy rằng chúng ta đang tiến gần hơn đến việc áp dụng máy tính lượng tử vào những bài toán thực tế – những bài toán mà hiện tại máy tính cổ điển vẫn chưa thể giải quyết được.

Tương lai của máy tính lượng tử: Từ lý thuyết đến thực tế

Mặc dù random circuit sampling không có ứng dụng thực tế, nghiên cứu của Google Quantum AI đã mở ra cánh cửa cho những bài toán mới trong tương lai. Trong thời gian tới, mục tiêu của các nhà nghiên cứu sẽ là tinh chỉnh và phát triển những bài toán thực tế hơn, có thể áp dụng vào nhiều lĩnh vực như hóa học, y học, trí tuệ nhân tạo và khoa học vật liệu.

Khi công nghệ lượng tử phát triển, nó sẽ tạo ra những thay đổi lớn trong cách chúng ta giải quyết các bài toán tính toán phức tạp. Các công ty công nghệ hàng đầu như Google, IBM, và Microsoft đang đầu tư hàng tỷ đô la vào nghiên cứu lượng tử, với hy vọng sớm đưa máy tính lượng tử vào thương mại hóa.

Ngoài việc giúp giải quyết các bài toán hiện tại, máy tính lượng tử cũng hứa hẹn sẽ mang lại những giải pháp cho các vấn đề mới trong tương lai. Chẳng hạn, trong lĩnh vực y học, máy tính lượng tử có thể giúp mô phỏng các phản ứng hóa học phức tạp, tạo ra những loại thuốc mới hoặc thậm chí là giúp giải mã những bí ẩn của DNA. Trong khoa học vật liệu, nó có thể giúp thiết kế ra những vật liệu mới có tính năng vượt trội mà chúng ta chưa từng nghĩ đến trước đây.

Kết luận: Đặt nền móng cho tương lai lượng tử

Nghiên cứu của Google Quantum AI không chỉ là một bước tiến về mặt khoa học, mà còn là một tín hiệu mạnh mẽ rằng tương lai của máy tính lượng tử đang đến gần hơn bao giờ hết. Việc chứng minh khả năng vượt trội của máy tính lượng tử, ngay cả trong môi trường đầy tiếng ồn, đã mở ra những cơ hội mới trong cả khoa học cơ bản và ứng dụng thực tiễn.

Với sự phát triển theo cấp số nhân của công nghệ này, không còn nghi ngờ gì nữa rằng trong tương lai gần, chúng ta sẽ thấy máy tính lượng tử đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết những vấn đề mà hiện tại máy tính cổ điển vẫn đang gặp khó khăn. Và khi điều đó xảy ra, thế giới công nghệ sẽ bước vào một kỷ nguyên mới – kỷ nguyên của tính toán lượng tử.