24/12/2024
Gần đây các báo có đăng ký bên nhà đưa những tin “sốt” về “Chip lượng tử Google nhanh hơn siêu máy tính hàng tỷ lần”. Ví dụ trên VTC News, có bài nói là bộ xử lý lượng tử Willow 105 qubit mới của Google vượt qua cột mốc quan trọng của năm 1995, tính toán nhanh gấp 10^30 lần siêu máy tính mạnh nhất. [1]
Tờ VietnamPlus đưa tin Google “phá vỡ thách thức điện toán lượng tử” với chip mới Willow, có khả năng giải quyết một vấn đề tính toán trong năm phút mà máy tính cổ điển sẽ mất nhiều thời gian “hơn cả lịch sử vũ trụ.” [2]
Có lẽ ít đưa tin giựt gân thì hay hơn. Tại sao bước đột phá lượng tử của Google là 'thực sự đáng chú ý' - và điều gì xảy ra tiếp theo? Tất nhiên, có thể mở rộng quy mô lượng tử từ đơn vị lượng tử qubit một cách đáng tin cậy là điều tốt. Bây giờ đến phần khó khăn: các mạch thực tế. [3]
Các nhà khoa học điện toán lượng tử của Google trong tháng 12/2024 đã chứng minh một bước đột phá trong lĩnh vực nhận thức rằng điện toán lượng tử là có thật và sẽ có thể tìm thấy vị trí của điện toán lượng tử trong số các loại máy tính khác như một nguồn tài nguyên quý giá.
Nhưng vẫn còn nhiều việc phải làm: chip lượng tử mới nhất của Google - được gọi là Willow và được chế tạo tại cơ sở nghiên cứu của Google ở Santa Barbara California - là một chip nhớ. Chip nầy không thực sự xử lý bất kỳ chức năng nào, nó chỉ lưu trữ một chút dữ liệu để đọc. Làm bất cứ điều gì với chip ấy sẽ đòi hỏi công việc lâu dài trong việc phát triển các mạch logic để tận dụng các qui mô lượng tử qubit tạo nên con chip.
Bước đột phá cơ bản là chỉ ra rằng lỗi của qubit có thể giảm xuống dưới mức nhiễu gọi là ngưỡng và -- khi điều đó xảy ra -- máy có thể biểu diễn thông tin một cách đáng tin cậy -- nghĩa là biểu diễn thông tin ở mức lỗi có thể chấp nhận được. Biểu diễn thông tin đề cập đến cách dữ liệu được diễn giải, lưu trữ và truyền đạt để đưa tin về các khái niệm có ý nghĩa. Điều quan trọng là làm cho dữ liệu số trở nên rõ ràng và có thể sử dụng được.
Để hiểu, hãy xem xét đề xuất cơ bản của phần cứng lượng tử ngày nay. Để tạo ra bất kỳ đơn vị "bit" thông tin lượng tử nào, bạn phải kết hợp nhiều bit lượng tử vật lý hoặc qubit, có thể được tạo thành từ nhiều loại vật liệu. Willow của Google là sản phẩm tiếp theo của chip Sycamore của Google năm ngoái và cả hai đều sử dụng dạng tụ điện siêu dẫn, được làm mát đến dưới 0 độ, được gọi là "transmon", được phát triển tại Đại học Yale 20 năm trước.
Bằng cách sử dụng transmon hoặc các dạng qubit vật lý khác, các nhà nghiên cứu tại nhiều tổ chức, không chỉ Google, đã đạt được tiến bộ trong nhiều năm trong việc kết hợp nhiều qubit để tạo thành một qubit "hợp lý". Một qubit vật lý chỉ tồn tại trong một phần tỷ giây và do đó thời gian tồn tại của nó không đủ dài để mạch “giải mã” của máy lượng tử đọc được thông tin của nó.
Qubit logic, thực chất là một bản tóm tắt của tất cả các qubit vật lý, có thể tồn tại đủ lâu - gấp đôi tuổi thọ của một qubit vật lý - để giá trị của nó có thể đọc được và do đó hữu ích.
Thách thức đặt ra là phải ngăn chặn các lỗi phát sinh khi nhiều qubit không chịu nổi tiếng ồn của môi trường. Quá nhiều tiếng ồn và qubit logic trở nên vô dụng. Nhiều loại sửa lỗi khác nhau đã được phát triển từ nhiều năm nay, nhưng bước đột phá của Google là bước đột phá đầu tiên giúp giảm từng lỗi riêng lẻ trong qubit vật lý xuống dưới mức cần thiết để tạo ra một qubit logic có thể hoạt động được dưới mức ngưỡng.
Chìa khóa của chip Willow của Google, giúp tăng số lượng qubit vật lý lên 105, là một loạt các thay đổi vật lý trong quá trình chế tạo chip giúp giảm tiếng ồn trong mỗi qubit vật lý. Kết quả là "mỗi khi khoảng cách mã tăng lên hai, lỗi logic trên mỗi chu kỳ sẽ giảm hơn một nửa", tác giả chính của Google, Rajeev Acharya và các cộng tác viên viết.
Điều đó thật thú vị vì các qubit logic đáng tin cậy có thể được mở rộng quy mô; nghĩa là, ngày càng có nhiều qubit vật lý có thể được thêm vào trong khi vẫn giữ độ nhiễu dưới mức ngưỡng và kết quả là nhận được một qubit logic đáng tin cậy có thể dự đoán được.
Tại sao điều đó lại sâu sắc: Khả năng mở rộng quy mô là bước đột phá cơ bản của chip máy tính truyền thống, khả năng lắp ráp hàng tỷ bóng bán dẫn trên một hình vuông silicon, để tạo ra các mạch ngày càng đa dụng. Nếu bạn có thể mở rộng quy mô qubit vật lý một cách đáng tin cậy, bạn có thể thấy đường dẫn để tạo các mạch qubit logic theo cách tương tự, với sức mạnh và hiệu suất ngày càng tăng.
Thông tin đưa ra về Willow của Google trên tạp chí Nature (Thiên Nhiên) và tạp chí Science (Khoa Học), trích dẫn nhiều chuyên gia trong lĩnh vực này. Sự đồng thuận, như các tạp chí nầy nêu rõ, là đây là "một bước đột phá thực sự đáng chú ý".
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng còn rất nhiều công việc vẫn chưa được thực hiện. Có một điều, sự đột phá về ngưỡng sai số không có nghĩa là công việc giảm sai số đã kết thúc. Ông Acharya và nhóm nghiên cứu lưu ý rằng việc mở rộng tỷ lệ lỗi hiện phải đạt mức độ chính xác cao hơn nhiều đối với các qubit logic trong thực tế.
Họ viết: “Các bậc độ lớn vẫn nằm giữa tỷ lệ lỗi logic hiện tại và yêu cầu tính toán lượng tử thực tế”. Ví dụ: có thể có "các sự kiện tác động năng lượng cao" diễn ra trong môi trường xung quanh, "khoảng mười giây một lần", phá hủy hoạt động qubit logic đáng tin cậy.
Nói cách khác, thực tế là các qubit logic có thể được mở rộng quy mô, mặc dù là một bước đột phá, chỉ có nghĩa là các nhà nghiên cứu hiện còn một hành trình dài phía trước để thực sự thực hiện việc mở rộng quy mô đó với các chip lớn hơn (nhiều transmon hơn), đồng thời cải thiện các cách phát hiện và giảm thiểu các hành vi lỗi logic. Google cho biết họ có lộ trình để đạt được điều đó.
Ngoài vấn đề mở rộng quy mô, còn có hạn chế của loại thiết bị hiện tại: Nó chưa phải là chip máy tính.
Qubit logic của Willow tương đương với một tụ điện: nó lưu trữ một chút. Nó vẫn chưa làm được gì với bit đó cả. Nó chỉ là một bộ nhớ để lưu giữ thông tin. Để thực hiện một thao tác, nó sẽ cần được mở rộng thành sự kết hợp của một số qubit logic được liên kết để tạo thành các thao tác logic như cộng và nhân.
Như John Preskill, một nhà vật lý lý thuyết tại Viện Công nghệ California ở Pasadena, đã nói với Davide Castelvecchi của tạp chí Nature: “Chúng tôi muốn thực hiện các hoạt động qubit logic, không chỉ bộ nhớ”. Mục tiêu lâu dài của nhóm Google -- thực hiện các hoạt động thực tế -- là có một con chip triệu qubit, nghĩa là một triệu qubit vật lý, có đủ để có các qubit logic có thể được xâu chuỗi lại với nhau để tạo thành các mạch thực sự cho tính toán.
Để đi từ đây đến các mạch thực tế -- tập hợp các qubit logic thực hiện một điều gì đó -- là một hành trình rất dài, đối với cả chip thực tế và phần mềm cuối cùng sẽ tạo ra các máy tính lượng tử hoạt động được. Có lẽ những lập trình logic thông thường hiện nay như C++ và Python sẽ không đủ.
Willow chắc chắn là một bước đột phá, chỉ cần lưu tâm đến rất nhiều công việc phía trước!
Nguồn:
1. VTCNews. Chip lượng tử Google nhanh hơn siêu máy tính hàng tỷ lần. 11/12/2024; Available from: https://vtcnews.vn/chip-luong-tu-google-nhanh-hon-sieu-may-tinh-hang-ty-lan-ar912733.html.
2. VietnamPlus. Google thông báo “phá vỡ thách thức điện toán lượng tử” với chip mới Willow. 09/12/2024; Available from: https://www.vietnamplus.vn/google-thong-bao-pha-vo-thach-thuc-dien-toan-luong-tu-voi-chip-moi-willow-post1000040.vnp.
3. Tiernan Ray. Why Google's quantum breakthrough is 'truly remarkable' - and what happens next. 17/12/2024; Available from: https://www.zdnet.com/article/why-googles-quantum-breakthrough-is-truly-remarkable-and-what-happens-next/.
Không có nhận xét nào