Ưu thế tuyệt đối của chip lượng tử ánh sáng: Rút ngắn 9.000 năm tính toán xuống còn 36 phần triệu giây

Sức mạnh của máy tính lượng tử ngày càng được khẳng định trong ngành công nghiệp điện toán. Mới đây nhất, những con chip máy tính nhanh nhất thế giới hiện nay đã bị một con chip lượng tử ánh sáng của các nhà nghiên cứu từ công ty Xanadu Quantum Technologies, tại Toronto, Canada đánh bại trong khả năng giải quyết một vấn đề hóc búa.

Theo tài liệu của các nhà nghiên cứu, các siêu máy tính và những thuật toán hiện tại phải mất đến 9.000 năm để tính toán được bài toán này – thế nhưng con chip lượng tử Borealis của các nhà nghiên cứu hoàn thành nó chỉ trong 36 micro giây (mỗi micro giây bằng 1/1.000.000 giây).

Bài toán được các nhà nghiên cứu nói đến là việc lấy mẫu Boson Gaussian (GBS). Tác vụ này yêu cầu máy tính tạo ra một mẫu từ phân bố xác suất của các phép đo đơn photon ở đầu ra của mạch điện – và nếu bạn thấy nó thật vô nghĩa, thì quả đúng như vậy, vì ngay cả máy tính nhanh nhất thế giới cũng gần như không thể hiểu và tính toán được nó.

Tác vụ BGS có một số lợi thế nhất định khiến nó trở nên không phân biệt đối xử riêng cho các thiết lập lượng tử, vì vậy BGS đã trở thành một công cụ tiêu chuẩn để tính toán xem một máy tính lượng tử nhanh hơn bao nhiêu so với máy tính truyền thống.

Trong khi máy tính truyền thống sử dụng hệ nhị phân (0 và 1 đại diện cho tắt và bật), các máy tính lượng tử xử lý đến 3 đơn vị dữ liệu bằng các qubit (0, 1 và "cả hai"). Nhờ vậy chúng có tốc độ nhanh vượt trội khi có thể tính toán xác suất của từng giải pháp trước khi sử dụng nó. Trong khi đó, các máy tính truyền thống hiện nay phải chạy thử từng giải pháp để xác định xem nó là đúng hay sai.

Trong khi đó, con chip Borealis của các nhà nghiên cứu nói trên là một chip lượng tử ánh sáng, khi nó dùng các xung ánh sáng liên tục để truyền đi thông tin lượng tử. Ngay cả so với thế giới chip lượng tử đây cũng là một con quái vật thật sự về hiệu năng khi có đến 219 qubit, trong đó có 129 qubit được sử dụng cho nghiên cứu này.

Các nhà nghiên cứu tin rằng, chip lượng tử ánh sáng sẽ là kiến trúc được sử dụng nhiều nhất trong tương lai khi nó có khả năng mở rộng lớn hơn nhiều so với các giải pháp khác.

Chip Borealis tiên tiến hơn hẳn ở chỗ mỗi cổng lượng tử có thể lập trình được và cho dù các chip khác cũng được trang bị chức năng này, chúng vẫn chưa đạt được ưu thế lượng tử (có sức mạnh tính toán vượt trội hơn hẳn so với các máy tính truyền thống).

Các nhà nghiên cứu tin rằng công trình này là một cột mốc quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển của máy tính lượng tử. "Công trình này là một cột mốc quan trọng trên con đường tạo ra một máy tính lượng tử đích thực, xác nhận các tính năng công nghệ chính của quang tử như một nền tảng cho mục tiêu này."

Mặc dù tất cả đều cực kỳ hứa hẹn, đặc biệt là hiệu năng vô song của con chip lượng tử ánh sáng này, nhưng tác vụ GBS lại không có ứng dụng thực tế nào và việc tìm kiếm ứng dụng phổ biến trong thực tế dành cho chip lượng tử vào thời điểm hiện tại lại càng khó hơn. Ngay cả khi mới đây Bộ Quốc phòng Anh đã mua máy tính lượng tử đầu tiên để thử nghiệm, nhưng có thể còn nhiều năm nữa các máy tính như vậy mới được triển khai trên quy mô lớn.

Đó cũng là một phần lý do hãng Xanadu đang đưa sức mạnh tính toán của Borealis lên đám mây để các nhà nghiên cứu trên toàn cầu có thể tiếp cận nó dễ dàng hơn cũng như tạo ra các ứng dụng thực tế dựa trên sức mạnh phi thường của nó.