Chip lượng tử của Google nhanh gấp 13.000 lần siêu máy tính

Google cho biết họ đã phát triển thành công một thuật toán lượng tử mới mang tên Quantum Echoes, được xem là bước tiến quan trọng hướng tới các ứng dụng thực tế của điện toán lượng tử, đồng thời có thể tạo ra những tập dữ liệu độc nhất để phục vụ cho trí tuệ nhân tạo (AI).

Theo Google, thuật toán Quantum Echoes chạy trên bộ xử lý lượng tử Willow có tốc độ nhanh hơn tới 13.000 lần so với các thuật toán tinh vi nhất hiện nay trên siêu máy tính.

Thành tựu này đã được đăng tải trên Tạp chí khoa học Nature (Anh). 

Quantum Echoes (tiếng vang lượng tử) là một kỹ thuật trong điện toán lượng tử do Google phát triển, được dùng để đo đạc và kiểm chứng hoạt động của các qubit (đơn vị cơ bản lưu trữ thông tin trong máy tính lượng tử) với độ chính xác cực cao.

Kỹ thuật này gửi một tín hiệu sóng tới qubit, khiến nó phản ứng. Sau đó, tín hiệu được đảo ngược để “nghe” lại phản hồi từ qubit, qua đó ghi nhận dữ liệu chính xác về trạng thái lượng tử.

Google nhấn mạnh, thí nghiệm này có thể kiểm chứng được, nghĩa là nếu một hệ thống máy tính lượng tử khác có thông số kỹ thuật tương đương, nó hoàn toàn có thể cho ra kết quả tương tự. Đây là yếu tố giúp công trình của Google khác biệt với nhiều tuyên bố “vượt trội lượng tử” trước đây vốn khó xác thực.

Nhà khoa học Michel Devoret, người đứng đầu đơn vị AI lượng tử của Google và vừa nhận Giải Nobel Vật lý, gọi kết quả trên là “một cột mốc quan trọng khác” trong hành trình phát triển điện toán lượng tử.

Giáo sư Winfried Hensinger, chuyên gia công nghệ lượng tử tại Đại học Sussex (Anh), nhận định Google đã thực sự chứng minh được “lợi thế lượng tử” so với các máy tính hiện nay.

“Nhiệm vụ mà Google hoàn thành không mang tính cách mạng như những ứng dụng có thể thay đổi thế giới. Tuy nhiên, đây là minh chứng thuyết phục rằng máy tính lượng tử đang ngày càng mạnh mẽ hơn”, Giáo sư Winfried Hensinger nói.

Dù thí nghiệm của Google chứng minh được năng lực vượt trội của điện toán lượng tử so với máy tính cổ điển, tuy nhiên, giới chuyên gia cho rằng ứng dụng thực tế của công nghệ lượng tử vẫn còn cách xa nhiều năm. 

Mặc dù vậy, ông Hartmut Neven, Phó Chủ tịch kỹ thuật của Google, cho biết việc ứng dụng máy tính lượng tử trong thực tế có thể chỉ còn cách khoảng 5 năm, bất chấp những thách thức kỹ thuật còn tồn tại.

“Với Quantum Echoes, chúng tôi lạc quan rằng trong vòng 5 năm tới, thế giới sẽ chứng kiến những ứng dụng thực tế đầu tiên chỉ có thể vận hành trên máy tính lượng tử”, ông Hartmut Neven tuy bố.

Các máy tính hiện mã hóa thông tin bằng bit, biểu thị dưới dạng 0 hoặc 1, và truyền đi thông qua các xung điện. Trong khi đó, máy tính lượng tử lại lưu trữ thông tin trong qubit – những hạt hạ nguyên tử như electron hoặc photon, có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng lúc. Đây là đặc tính cơ bản của vật lý lượng tử, được gọi là “chồng chất” (superposition). Nhờ đó, qubit có thể mã hóa đồng thời nhiều tổ hợp của 0 và 1, cho phép hệ thống xử lý hàng loạt khả năng trong cùng một thời điểm. Đây là điều mà máy tính hiện nay không thể làm được.

Tuy nhiên, qubit cực kỳ nhạy cảm với môi trường. Chúng cần được duy trì trong điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt, tránh nhiễu điện từ hoặc rung động, nếu không sẽ mất tính ổn định và khiến kết quả tính toán bị sai lệch.

Những tiến bộ vượt bậc trong điện toán lượng tử của các tập đoàn như Google đang khiến giới an ninh mạng toàn cầu lo ngại, bởi công nghệ này có thể phá vỡ các hệ thống mã hóa hiện nay.

Chẳng hạn như một máy tính lượng tử đủ mạnh trong tương lai có thể phá vỡ các thuật toán mã hóa hiện đang bảo vệ tiền điện tử và dữ liệu nhạy cảm trong các lĩnh vực như ngân hàng, y tế hay quốc phòng.

Thậm chí, các chuyên gia đã đưa ra cảnh báo, khi năng lực lượng tử phát triển, loại mật mã được dùng để tạo khóa công khai Bitcoin có thể bị “bẻ khóa” sớm nhất vào năm 2030.

Trước nguy cơ đó, nhiều chuyên gia kêu gọi chính phủ và doanh nghiệp sớm chuyển sang các tiêu chuẩn “mật mã hậu lượng tử” (quantum-proof encryption) – những giải pháp bảo mật được thiết kế để chống lại khả năng tấn công của máy tính lượng tử trong tương lai.