Google vừa ra mắt một con chip mới mà họ cho rằng đánh dấu bước đột phá lớn không tưởng trong lĩnh vực máy tính lượng tử, một lĩnh vực được coi là biên giới tiếp theo đối với các tập đoàn công nghệ.
Tầm vóc của đột phá mới
Những người ủng hộ máy tính lượng tử cho rằng công nghệ này sẽ có khả năng giải quyết những vấn đề mà các máy tính hiện tại không thể.
Về mặt lý thuyết, máy tính lượng tử sẽ xử lý được khối lượng dữ liệu lớn hơn nhiều, dẫn đến những đột phá tiềm năng trong các lĩnh vực như y học, khoa học và tài chính.
Trong một bài viết trên blog hôm thứ Hai, Hartmut Neven, người sáng lập và lãnh đạo nhóm Google Quantum AI, cho biết chip Willow mở đường cho một máy tính lượng tử quy mô hoàn chỉnh, có thể “mang lại lợi ích cho xã hội bằng cách thúc đẩy khám phá khoa học, phát triển các ứng dụng hữu ích và giải quyết một số thách thức lớn nhất của nhân loại.”
Điều khiến Willow khác biệt là khả năng học hỏi từ những sai lầm của nó. Trong khi máy tính thông thường thường xuyên mắc lỗi trong quá trình giải quyết vấn đề, Google tuyên bố Willow thực sự thông minh hơn khi sử dụng nhiều qubit hơn, vốn là các đơn vị tính toán trong máy tính lượng tử.
Lỗi là một trong những thách thức lớn nhất trong máy tính lượng tử, vì qubit — đơn vị tính toán của máy tính lượng tử — có xu hướng nhanh chóng trao đổi thông tin với môi trường, làm cho việc bảo vệ thông tin cần thiết để hoàn thành tính toán trở nên khó khăn. Thông thường, càng sử dụng nhiều qubit, lỗi càng tăng, và hệ thống trở nên giống máy tính cổ điển hơn.
Ngoài ra, kết quả này còn đánh dấu một số “lần đầu tiên” khoa học khác. Ví dụ, đây cũng là một trong những minh chứng hấp dẫn đầu tiên về sửa lỗi thời gian thực trên hệ thống lượng tử siêu dẫn — rất quan trọng để thực hiện tính toán hữu ích, vì nếu không sửa lỗi kịp thời, chúng sẽ phá hỏng phép tính trước khi hoàn thành. Đây cũng là một dấu hiệu không thể giả mạo (unfakable sign) rằng sửa lỗi đang cải thiện tổng thể hệ thống.
Giống như xây dựng một tòa tháp cực cao, nhưng thay vì trở nên lung lay hơn khi cao lên, nó lại trở nên ổn định hơn — ít nhất, đó là những gì Google tuyên bố về Willow. Đây là một thách thức trong việc sửa lỗi lượng tử đã tồn tại gần 30 năm.
Trong máy tính truyền thống hay cổ điển, thông tin được lưu trữ dưới dạng bit, mỗi bit là 0 hoặc 1. Máy tính lượng tử sử dụng qubit (quantum bit), có thể tồn tại ở trạng thái 0, 1 hoặc ở trạng thái “trung gian” nào đó.
“Thông thường, khi bạn sử dụng nhiều qubit hơn, số lỗi cũng tăng lên và hệ thống trở thành (máy tính) truyền thống,” Hartmut Neven đăng trên blog.
Willow có khả năng giảm lỗi “theo cấp số nhân” khi số lượng qubit tăng lên, theo gã khổng lồ công nghệ của Mỹ, điều này “giải quyết được một thách thức chính trong sửa lỗi lượng tử mà ngành đã theo đuổi gần 30 năm.”
Neven cho biết Willow có thể sửa lỗi của mình trong thời gian thực: giống như có một cục tẩy hoạt động nhanh hơn mức mà bạn có thể vẽ sai. Điều này tạo ra một chiếc máy tính có thể giải quyết các phép tính hoàn hảo, xóa lỗi khi nó vận hành.
Ông nói. “Đây là một dấu hiệu mạnh mẽ cho thấy máy tính lượng tử cực lớn, hữu ích thực sự có thể được xây dựng.”
Google đã đo lường hiệu suất của Willow bằng cách sử dụng tiêu chuẩn tiêu chuẩn đánh giá lấy mẫu mạch ngẫu nhiên (random circuit sampling – RCS), một bài toán tính toán khó giải quyết đối với các máy tính truyền thống.
Willow thực hiện bài toán này trong chưa đầy năm phút, trong khi một trong những siêu máy tính nhanh nhất hiện nay sẽ mất 10 tỷ tỷ năm — hay 10.000.000.000.000.000.000.000.000 năm.
“Con số không tưởng này vượt xa mọi thang thời gian đã biết trong vật lý và vượt xa tuổi của vũ trụ,” Neven chia sẻ.
“Điều này củng cố quan niệm rằng tính toán lượng tử diễn ra trong nhiều vũ trụ song song, phù hợp với ý tưởng rằng chúng ta sống trong một đa vũ trụ, một dự đoán được đưa ra lần đầu tiên bởi David Deutsch,” Neven viết trên blog.
Giới công nghệ nói gì?
Chip Willow của Google đã thể hiện một “cột mốc mới về cách máy tính lượng tử xử lý lỗi trong quá trình hoạt động của chúng,” theo Giáo sư Winfried Hensinger, chuyên ngành công nghệ lượng tử tại Đại học Sussex.
“Kỹ thuật của họ trở nên hiệu quả hơn trong việc giảm lỗi khi số lượng qubit bổ sung để sửa lỗi tăng lên. Đây là một cột mốc rất quan trọng đối với máy tính lượng tử.”
Hartmut Neven cho rằng trong khi cả hai lĩnh vực AI và máy tính lượng tử “đều sẽ trở thành những công nghệ mang tính đột phá nhất trong thời đại của chúng ta, nhưng AI tiên tiến sẽ được hưởng lợi đáng kể khi tiếp cận máy tính lượng tử.”
Sau khi CEO của Alphabet, Sundar Pichai, công bố Willow trên mạng xã hội, CEO của X, Elon Musk, đã phản hồi bằng một từ “wow” và tiếp tục trao đổi qua lại với Pichai. Và khi CEO Sundar Pichai nói: “Chúng ta nên xây dựng một cụm lượng tử trong không gian với Starship vào một ngày nào đó,” Musk trả lời: “Điều đó có lẽ sẽ xảy ra.”
Nhưng bất chấp sự lạc quan rằng máy tính lượng tử một ngày nào đó có thể thay đổi thế giới, các chuyên gia trong ngành cho rằng bước đột phá của Google vẫn chưa có ứng dụng thực tế (real-world uses).
“Đối với lượng tử, chúng ta cần một khoảnh khắc như kiểu ChatGPT,” Francesco Ricciuti, chuyên gia của quỹ đầu tư mạo hiểm Runa Capital, chia sẻ với CNBC vào thứ Ba, nhắc đến chatbot của OpenAI được cho là đã thúc đẩy sự bùng nổ trong trí tuệ nhân tạo. “Và có lẽ đây chưa phải khoảnh khắc đó (đối với Willow).”
Ricciuti từ Runa Capital cho biết các tuyên bố thành công của Google “dựa trên những bài toán và tiêu chuẩn không thực sự hữu ích cho các trường hợp thực tế.”
“Họ đang cố định nghĩa một vấn đề thực sự khó đối với máy tính truyền thống mà họ có thể giải quyết bằng máy tính lượng tử. Điều đó thật đáng kinh ngạc, nhưng không có nghĩa là nó hữu ích,” Ricciuti nói thêm.
Chip Willow của Google đã chứng minh được “một cột mốc mới trong cách các máy tính lượng tử xử lý lỗi xảy ra trong quá trình vận hành,” theo lời Giáo sư Winfried Hensinger, chuyên gia về công nghệ lượng tử tại Đại học Sussex.
“Kỹ thuật của họ trở nên hiệu quả hơn trong việc giảm lỗi khi có thêm nhiều qubit bổ sung được sử dụng để sửa các lỗi này. Đây là một cột mốc rất quan trọng đối với máy tính lượng tử.”
Hensinger cho rằng Willow “vẫn còn quá nhỏ để thực hiện các phép tính hữu ích” và máy tính lượng tử sẽ cần “hàng triệu qubit” để giải quyết các vấn đề quan trọng trong ngành. Willow hiện chỉ có 105 qubit.
Trong khi đó, chip của Google dựa trên qubit siêu dẫn (superconducting qubits), một công nghệ yêu cầu làm mát cực độ, điều này có thể trở thành yếu tố hạn chế khi mở rộng quy mô.
“Việc làm mát rất nhiều qubit đến nhiệt độ yêu cầu — gần như bằng không tuyệt đối (absolute zero) — sẽ rất khó khăn hoặc không thể,” Hensinger cho biết.
Nỗ lực hướng đến ứng dụng thực tế của Google
Về phần mình, Google thừa nhận rằng tiêu chuẩn RCS “chưa được ứng dụng vào thực tế cho đến nay.” Trong khi đó, công ty đã thực hiện “các mô phỏng lượng tử khoa học thú vị, dẫn đến những khám phá khoa học mới nhưng vẫn nằm trong khả năng của máy tính truyền thống.”
Nhà sáng lập Google Quantum AI viết trên blog: “Thách thức tiếp theo của lĩnh vực này là chứng minh một phép tính đầu tiên mang tính “hữu ích, vượt xa truyền thống” trên các chip lượng tử hiện nay, có liên quan đến một ứng dụng thực tế. Chúng tôi lạc quan rằng thế hệ chip Willow có thể giúp chúng tôi đạt được mục tiêu này. Cho đến nay, đã có hai loại thí nghiệm riêng biệt. Một mặt, chúng tôi đã thực hiện bài kiểm tra chuẩn RCS, đo lường hiệu suất so với các máy tính truyền thống nhưng chưa có ứng dụng thực tế nào được biết đến. Mặt khác, chúng tôi đã thực hiện các mô phỏng khoa học thú vị về các hệ lượng tử, dẫn đến những khám phá khoa học mới nhưng vẫn nằm trong khả năng của các máy tính truyền thống.”
“Mục tiêu của chúng tôi là làm cả hai điều đó — bước vào lĩnh vực các thuật toán vượt ngoài khả năng của máy tính truyền thống và hữu ích cho các vấn đề thực tế, mang tính chất thương mại,” Neven cho biết.
Google, trước sự hào hứng của Elon Musk và những chuyên gia khác đối với Willow, đã quyết định cung cấp phần mềm mã nguồn mở và một khóa học mới trên Coursera, để hỗ trợ các nhà phát triển, nhà nghiên cứu và kỹ sư “tạo ra các thuật toán có thể giải quyết các vấn đề của tương lai.”
Dù còn nhiều băn khoăn về khả năng ứng dụng hữu ích của Willow, cả Hensinger và Ricciuti đều đồng ý rằng những phát triển của Google góp phần làm tăng sự hứng thú xung quanh máy tính lượng tử và tiếp tục thúc đẩy sự phát triển trong lĩnh vực này.
“Kết quả này càng củng cố niềm tin rằng nhân loại sẽ có thể xây dựng được các máy tính lượng tử thực tế, mang lại những ứng dụng có tác động cao,” Hensinger chia sẻ.
Hartmut Neven (bên trái) của Google Quantum AI đang kiểm tra tủ lạnh cryostat để làm mát các chip máy tính lượng tử tại phòng thí nghiệm Quantum AI của Google ở Santa Barbara, California, vào ngày 25-11-2024. Ảnh: Reuters
Chip “Willow” của Google Quantum AI trong một bức ảnh tư liệu. Ảnh: Reuters
