Đột phá chip lượng tử Willow của Google ẩn sau một điểm chuẩn đáng ngờ

Google đã ra mắt Willow, chip lượng tử mới nhất của hãng vào thứ Tư và nếu bạn đã dành thời gian trực tuyến kể từ đó, chắc chắn bạn sẽ gặp phải một số báo cáo khó thở về nó. Willow “nghiền nát các máy tính cổ điển trong phạm vi thời gian vũ trụ,” một tiêu đề tuyên bố; Google “tiết lộ chip máy tính lượng tử 'đáng kinh ngạc',” một người khác viết. Tất cả đều được củng cố bởi một tuyên bố rằng Willow có thể hoàn thành một phép tính mà về mặt lý thuyết sẽ khiến một máy tính cổ điển mất nhiều thời gian hơn đáng kể so với 14 tỷ năm vũ trụ đã tồn tại. Tuy nhiên, như bạn có thể đoán, con chip đại diện cho điều gì không đơn giản như vậy.

Đầu tiên, với Willow, Google không tuyên bố về ưu thế lượng tử, điều mà công ty đã làm khi ra mắt công khai máy tính lượng tử thế hệ trước, Sycamore, vào năm 2019. Bạn có thể nhớ lại rằng, vào thời điểm đó, Google đã công khai việc Sycamore chỉ mất 200 giây để thực hiện một phép tính mà theo lý thuyết, siêu máy tính nhanh nhất thế giới lúc bấy giờ phải mất 10.000 năm để hoàn thành. Công ty cho biết chiến công đó đã chứng minh rằng họ đã tạo ra một máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề mà các máy tính cổ điển tốt nhất thậm chí không thể thử được. Nói cách khác, Google đã đạt được ưu thế lượng tử.

Tuy nhiên, tuyên bố đó nhanh chóng kết thúc trong tranh cãi, với một nhà nghiên cứu gọi thông báo của công ty là “không thể bào chữa được” và “hoàn toàn sai lầm”, và Google đã tránh nói về uy quyền lượng tử. Thay vào đó, nó chỉ nói rằng nó đã đạt được “vượt xa khả năng tính toán cổ điển”. Một phần của vấn đề là Sycamore không phải là một máy tính lượng tử đa năng; thay vào đó, nó được thiết kế để vượt qua các máy tính cổ điển trong một nhiệm vụ duy nhất được gọi là lấy mẫu mạch ngẫu nhiên hoặc RCS. Vấn đề về RCS là, theo cách nói của Google, nó “không có ứng dụng nào được biết đến trong thế giới thực”. Tuy nhiên, ở đây một lần nữa, công ty đang quảng cáo về hiệu suất của RCS.

Google cho biết Willow có thể hoàn thành điểm chuẩn RCS mới nhất của mình trong vòng chưa đầy năm phút. Ngược lại, công ty ước tính Frontier, hiện là siêu máy tính mạnh thứ hai thế giới, sẽ mất 10 tỷ năm để hoàn thành nhiệm vụ tương tự. Google cho biết con số đó “chứng minh quan điểm cho rằng tính toán lượng tử xảy ra ở nhiều vũ trụ song song, phù hợp với ý tưởng rằng chúng ta đang sống trong đa vũ trụ”.

Thực tế hơn, Google cố gắng chứng minh rằng hiệu suất RCS phải là thước đo để đánh giá tất cả các máy tính lượng tử. Theo Hartmut Neven, người sáng lập Google Quantum AI, “đó là điểm khởi đầu. Nếu bạn không thể thắng khi lấy mẫu mạch ngẫu nhiên thì bạn cũng không thể thắng bất kỳ thuật toán nào khác.” Ông cho biết thêm RCS “hiện đang được sử dụng rộng rãi như một tiêu chuẩn trong lĩnh vực này”.

Tuy nhiên, các công ty khác, bao gồm IBM và Honeywell, lại sử dụng thước đo gọi là khối lượng lượng tử để ca ngợi những đột phá của họ. Họ cho rằng nó chỉ ra sự hiểu biết toàn diện hơn về khả năng của máy bằng cách tính đến cách các qubit của nó tương tác với nhau. Thật không may, bạn sẽ không tìm thấy bất kỳ đề cập nào về khối lượng lượng tử trong bảng thông số kỹ thuật mà Google chia sẻ cho Willow, khiến việc so sánh trở nên khó khăn.

Về điểm đó, tuyên bố ấn tượng hơn nhiều mà Google đưa ra hôm nay là Willow “dưới ngưỡng”. Cho đến nay, vấn đề cản trở mọi nỗ lực xây dựng một máy tính lượng tử hữu ích là các bit lượng tử mà chúng dựa vào rất khó kiểm soát. Chúng chỉ giữ trạng thái lượng tử trong một phần giây và càng có nhiều qubit được thêm vào hệ thống thì càng có nhiều khả năng tạo ra lỗi. Tuy nhiên, với Willow, Google cho biết họ đã tìm ra cách giảm thiểu lỗi khi bổ sung thêm nhiều qubit hơn vào hệ thống. Theo công ty, Willow là lần đầu tiên việc này được thực hiện.

“Là hệ thống đầu tiên dưới ngưỡng, đây là nguyên mẫu thuyết phục nhất cho một qubit logic có thể mở rộng được chế tạo cho đến nay. Đó là một dấu hiệu mạnh mẽ cho thấy những chiếc máy tính lượng tử rất lớn và hữu ích thực sự có thể được chế tạo,” Neven nói. “Willow đưa chúng ta đến gần hơn với việc chạy các thuật toán thực tế, phù hợp về mặt thương mại mà không thể sao chép trên các máy tính thông thường.”

Đó là bước đột phá thực sự ở đây và là bước đột phá chỉ ra một tương lai nơi máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề có ảnh hưởng rõ rệt đến cuộc sống con người. Tuy nhiên, tương lai đó vẫn chưa đến và ngay cả Google cũng thừa nhận họ còn nhiều việc phải làm trước khi đạt được điều đó.