Quantum supremacy là gì? Quantum supremacy tiếng Việt là “ưu thế lượng tử tối cao”, hoặc “ưu thế lượng tử” để nói về khả năng tiềm tàng của các thiết bị điện toán lượng tử giải quyết các vấn đề mà máy tính thực tế không thể.
Ưu thế lượng tử tối cao từ góc độ khoa học là khả năng cung cấp cho các nhà khoa học một cách cụ thể để xác định máy tính lượng tử có hay không hữu ích cho việc gì, sau đó so sánh với máy tính cổ điển.
Hiện các nhà khoa học tại Google tin rằng một con chip được trang bị đủ số Qubit có thể đạt được mốc ưu thế lượng tử tối cao, vượt mặt tất cả máy tính cổ điển trong các tác vụ được thiết kế riêng cho nó. Tuy nhiên, vấn đề không hẳn nằm ở việc chế tạo máy tính lượng tử, mà nằm ở khâu vận hành.
Để sử dụng được bộ vi xử lý lượng tử, nhà khoa học cần dùng các tia laser để bẫy các nguyên tử bên trong bộ vi xử lý, đưa toàn bộ vật liệu chip về trạng thái siêu dẫn ở mức 0 độ K (-273 độ C).
Để kiểm soát được trạng thái hoạt động máy tính lượng tử, cần có các điều kiện tuyệt đối chuẩn. Chỉ cần một chút năng lượng rò rỉ từ bên ngoài vào có thể biến các Qubit thành một bit thông thường và toàn bộ cỗ máy sẽ thành vô dụng.
Trên các hệ thống máy tính lượng tử thí nghiệm, nhà nghiên cứu chỉ mới thực hiện được một số phép tính cơ bản là các cổng logic. Duy trì trạng thái hoạt động cho cỗ máy là việc phức tạp và thường nhiều Qubit hoạt động cùng lúc sẽ làm toàn bộ hệ thống thất bại.
Đến đầu những năm 1990, các nhà khoa học máy tính lý thuyết nghĩ ra những vấn đề chỉ có máy tính lượng tử giải quyết được như thuật toán Shor. Kết quả là máy tính lượng tử được dùng để tạo ra các số ngẫu nhiên hữu ích, ứng dụng nhiều trong mật mã, bảo mật, đánh bạc, mô phỏng.
Google công bố “đã đạt được Ưu thế lượng tử”
Cuối tháng 10/2019, Google chính thức thông báo họ đã đạt được Ưu thế lượng tử (Quantum Supremacy) trong một bài báo được phát hành trên tạp chí khoa học Nature.
Google nói rằng bộ xử lý lượng tử Sycamore 54 qubit của họ chỉ mất 200 giây để thực hiện xong phép tính mà siêu máy tính mạnh mẽ nhất trên thế giới hiện nay phải mất đến 10.000 năm để hoàn thành. Đồng nghĩa với việc những loại máy tính thông thường, vốn không thể so sánh với máy tính lượng tử, còn không đáng để nhắc đến ở đây.
Không ngạc nhiên khi mà IBM, công ty vận hành siêu máy tính mà Google tuyên bố đã vượt qua và cũng là một đối thủ cạnh tranh trực tiếp máy tính lượng tử của họ, đang ra sức “dìm hàng” tuyên bố vừa qua của Google. Trong một bài đăng trên blog của công ty, được đăng tải “phủ đầu” vào hôm thứ hai, IBM cho rằng hệ thống máy tính của họ chỉ mất khoảng 2,5 ngày để giải quyết xong phép tính trên, thay vì 10.000 năm như tuyên bố trước đó của Google. IBM nói rằng Google “đã thất bại trong việc định hình một sức mạnh dồi dào” khi ước tính thời gian siêu máy tính của IBM tiêu tốn để thực hiện phép tính.
Bất chấp những nỗ lực của IBM nhằm hạ thấp thành tựu của Google, nhiều chuyên gia phân tích từ cộng đồng nghiên cứu đã hoan nghênh tin tức này. Theo tờ New York Times, các nhà khoa học thậm chí còn so sánh đột phá của Google với chuyến bay lịch sử của anh em nhà Wright vào năm 1903.
Chúng ta vẫn phải chờ đợi vài năm nữa để máy tính lượng tử có thể thực sự đóng góp vào các tác vụ thực tế, tuy nhiên những nghiên cứu của Google giúp chúng ta tin tưởng về một tương lai lượng tử là có thể đạt được.
Máy tính lượng tử là gì?
Máy tính lượng tử được hy vọng vượt mặt máy tính truyền thống, mang lại cho nhân loại khả năng tính toán “vô hạn”. Thế nhưng kể từ khi được đề cập trên các mặt báo, tới nay vẫn chưa có chiếc máy tính lượng tử nào thực sự nổi trội.
Lý do máy tính lượng tử vẫn chưa được sử dụng rộng rãi, nói một cách dễ hiểu, bởi người ta chưa kiểm soát được hành vi các hạt bên trong bộ vi xử lý. Công nghệ của chúng ta vẫn chưa đạt đến mốc “ưu thế lượng tử tối cao”, cảnh giới có thể kiểm soát được hành vi các hạt hạ nguyên tử.
Về cơ bản, máy tính thường hoạt động dựa trên các bit, mỗi bit có 2 giá trị 0 và 1. Tại một thời điểm, mỗi bit chỉ có thể nhận một giá trị duy nhất. Thế nhưng với máy tính lượng tử, các Qubit có nhiều hơn 2 giá trị, chúng có thể có vô số giá trị trong khoảng 0-1. Tại mỗi thời điểm, chúng cũng có thể có nhiều giá trị khác nhau.
Qubit hoạt động tuân theo những định luật kì lạ của thế giới lượng tử. Kiểm soát được chúng khá khó khăn, đòi hỏi các nhà khoa học phải tìm hiểu nhiều hơn nữa về thế giới những hạt nhỏ hơn cả các nguyên tử.
Người ta thường áp dụng máy tính lượng tử để thực hiện những phép tính khổng lồ trong chớp mắt, như tạo ra lượng rất lớn các số ngẫu nhiên. Điều này tối quan trọng vì gần như toàn bộ hệ thống bảo mật máy tính chúng ta ngày nay dựa trên bài toán P và NP, trong đó thuật toán tạo ra khoá bảo mật nhanh hơn nhiều so với việc bẻ khoá chúng.
Việc kiểm tra các khoá là rất dễ, chỉ cần số lượng khổng lồ các số ngẫu nhiên, hệ thống máy tính lượng tử có thể nhanh chóng kiểm tra từng số và cuối cùng là bẻ khoá bảo mật trong thời gian ngắn hơn nhiều.
Dù giải quyết nhanh một số bài toán đặc thù, máy tính lượng tử lại rất chậm trong các bài toán máy tính cổ điển làm rất nhanh. Đó là lí do chúng vẫn chưa thể thay thế được máy tính ngày nay.
