Các gã khổng lồ công nghệ Amazon, Google, IBM và Microsoft gần đây đều đã công bố những tiến bộ trong các chip nguyên mẫu của họ, thắt chặt cuộc đua phát triển một máy tính lượng tử có ứng dụng thương mại có thể giải quyết một số vấn đề rắc rối nhất của vũ trụ nhanh hơn bất kỳ máy tính cổ điển nào có thể làm được.
Máy tính lượng tử là một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng – mặc dù vẫn còn phần lớn là lý thuyết và rất kỹ thuật. Nhưng việc khai phá nó có thể giúp khám phá ra các loại thuốc mới, phát triển các hợp chất hóa học mới, hoặc phá vỡ các phương pháp mã hóa, trong số các kết quả khác, các nhà nghiên cứu nói.
Tất nhiên, mỗi công ty lớn trong ngành công nghệ đều muốn là người đưa máy tính lượng tử vào dòng chính.
“Bạn đang nghe nhiều về nó bởi vì đây là một điểm bước ngoặt thực sự,” Oskar Painter, giám đốc phần cứng lượng tử tại Amazon Web Services, nói với Business Insider vào cuối tháng 2, sau khi công ty công bố chip Ocelot của mình.
Hãy theo dõi – đây là nơi nó trở nên phức tạp.
Trong khi máy tính cổ điển sử dụng các chữ số nhị phân – 0 và 1, gọi là bit – để biểu diễn thông tin, máy tính lượng tử dựa trên nền tảng được xây dựng từ phiên bản lượng tử của bit, gọi là qubit. Khi chúng hoạt động có thể dự đoán được ở quy mô đủ lớn, qubit cho phép máy tính lượng tử nhanh chóng tính toán các phương trình có nhiều lời giải và thực hiện các phép tính nâng cao mà máy tính cổ điển không thể làm được.
Tuy nhiên, qubit không ổn định và hành vi của chúng không thể dự đoán được. Chúng đòi hỏi các điều kiện cụ thể, như ánh sáng thấp và môi trường cực lạnh, để giảm lỗi. Khi số lượng qubit tăng lên, tỷ lệ lỗi cũng tăng lên – làm cho sự tiến bộ trong lĩnh vực này diễn ra chậm chạp.
Các máy tính lượng tử quy mô nhỏ đã tồn tại, nhưng cuộc đua đang diễn ra để mở rộng quy mô chúng và làm cho chúng hữu ích cho một đối tượng rộng rãi hơn chứ không chỉ là các nhà khoa học.
Gần đây, Amazon, Google và Microsoft đã công bố các chip nguyên mẫu mới, và IBM đã có những bước tiến trong lộ trình lượng tử hiện tại của mình. Mỗi công ty đang sử dụng các phương pháp tiếp cận độc đáo để giải quyết các vấn đề về giảm lỗi và khả năng mở rộng đã từ lâu gây khó khăn cho lĩnh vực này và biến máy tính lượng tử hữu ích thành hiện thực.
Đây là cách mỗi phương pháp tiếp cận so sánh với nhau.
Microsoft
Cách tiếp cận lượng tử: Qubit tô pô
Máy mạnh nhất: Majorana 1
Vào tháng 2, Microsoft đã công bố chip lượng tử mới của mình, Majorana 1. Mục tiêu là chip này sẽ đẩy nhanh sự phát triển của máy tính lượng tử quy mô lớn từ hàng thập kỷ xuống còn vài năm.
Microsoft cho biết chip này sử dụng một trạng thái vật chất mới để tạo ra các qubit “tô pô” ít bị lỗi hơn và ổn định hơn. Về cơ bản, đây là một qubit dựa trên trạng thái tô pô của vật chất, không phải chất lỏng, khí, hay rắn. Kết quả là, những hạt lượng tử này có thể giữ “bộ nhớ” về vị trí của chúng theo thời gian và di chuyển xung quanh nhau. Do đó, thông tin có thể được lưu trữ trên toàn bộ qubit, vì vậy nếu bất kỳ phần nào bị lỗi, qubit tô pô vẫn có thể giữ được các phần thông tin quan trọng và trở nên chống lỗi hơn.
“Tiến bộ của Microsoft là khó nắm bắt nhất vì nó rất đặc thù,” Tom Darras, người sáng lập startup máy tính lượng tử Welinq nói. “Ngay cả các chuyên gia trong ngành cũng thấy khó đánh giá chất lượng của những kết quả này.”
Các chuyên gia lượng tử đồng ý rằng Microsoft vẫn còn nhiều trở ngại cần vượt qua, và bài báo được đánh giá ngang hàng trên Nature của họ chỉ chứng minh được một số khía cạnh mà các nhà nghiên cứu của họ tuyên bố đã đạt được – nhưng một số người trong hệ sinh thái lượng tử xem đây là một kết quả đầy hứa hẹn.
Cách tiếp cận lượng tử: Qubit siêu dẫn
Máy mạnh nhất: Willow
Vào tháng 12, Google đã công bố Willow, chip lượng tử mới nhất của họ, mà công ty tuyên bố chỉ mất 5 phút để giải quyết một vấn đề mà siêu máy tính nhanh nhất thế giới phải mất 10 septillion năm.
Có lẽ ấn tượng hơn là bước đột phá của Google trong cách máy tính lượng tử mở rộng quy mô. Theo lịch sử, càng thêm nhiều qubit, và máy tính càng trở nên mạnh mẽ hơn, nó càng dễ bị lỗi. Với Willow, các nhà nghiên cứu của Google cho biết việc thêm nhiều qubit vật lý vào bộ xử lý lượng tử thực sự làm cho nó ít bị lỗi hơn, đảo ngược hiện tượng thông thường.
Được gọi là “dưới ngưỡng”, thành tựu này đánh dấu một cột mốc quan trọng bằng cách giải quyết một vấn đề tồn tại từ những năm 1990. Trong một nghiên cứu được công bố trên Nature, các nhà nghiên cứu của Google cho rằng bước đột phá này cuối cùng có thể mang lại cách xây dựng một máy tính lượng tử quy mô lớn hữu ích. Tuy nhiên, phần lớn điều này vẫn còn là lý thuyết, và giờ đây Google sẽ cần phải chứng minh nó trong thực tế.
Amazon
Phương pháp tiếp cận lượng tử: Qubit siêu dẫn
Máy mạnh nhất: Ocelot
Vào cuối tháng 2, Amazon Web Services đã công bố chip Ocelot, một nguyên mẫu được thiết kế để thúc đẩy trọng tâm của công ty về điện toán lượng tử dựa trên đám mây.
Một người phát ngôn của Amazon nói với Business Insider rằng nguyên mẫu Ocelot đã chứng minh tiềm năng tăng hiệu quả trong việc sửa lỗi lượng tử lên đến 90% so với các phương pháp thông thường. Chip này tận dụng một kiến trúc độc đáo tích hợp công nghệ qubit mèo – được đặt tên theo thí nghiệm tư duy nổi tiếng Mèo Schrödinger – và các thành phần sửa lỗi lượng tử bổ sung có thể được sản xuất bằng quy trình vay mượn từ ngành công nghiệp điện tử.
Troy Nelson, một nhà khoa học máy tính và giám đốc công nghệ tại Lastwall, một nhà cung cấp công nghệ chống lượng tử trong lĩnh vực an ninh mạng, nói với Business Insider rằng chip Ocelot của Amazon là một khối xây dựng khác mà ngành công nghiệp sẽ sử dụng để xây dựng một máy tính lượng tử hoạt động. Tuy nhiên, tỷ lệ lỗi của nó cần được giảm đáng kể, và các chip của nó sẽ cần mật độ qubit cao hơn trước khi chúng hữu ích.
“Có rất nhiều thách thức phía trước. Những gì Amazon đạt được trong việc sửa lỗi là một sự đánh đổi cho sự phức tạp và tinh vi của hệ thống điều khiển và các đọc từ chip,” Nelson nói. “Chúng ta vẫn đang trong những ngày nguyên mẫu, và chúng ta vẫn còn nhiều năm nữa, nhưng họ đã có một bước tiến lớn.”
IBM
Phương pháp tiếp cận lượng tử: Qubit siêu dẫn
Máy mạnh nhất: Condor
IBM đã là một người tiên phong trong lĩnh vực lượng tử trong một thời gian, với một số chip nguyên mẫu khác nhau và sự phát triển của Q System One, máy tính lượng tử thương mại đầu tiên dựa trên mạch, được ra mắt vào tháng 1 năm 2019.
Chip Condor của IBM là chip mạnh nhất của công ty về số lượng qubit. Tuy nhiên, kể từ khi phát triển, IBM đã tập trung phương pháp tiếp cận của mình vào chất lượng của các hoạt động cổng và làm cho các chip lượng tử mới hơn của mình có thể mô- đun hóa để nhiều chip nhỏ hơn, ít lỗi hơn có thể được kết hợp để tạo ra các máy tính lượng tử mạnh mẽ hơn.
Condor, bộ xử lý lượng tử lớn thứ hai từng được chế tạo, đã được ra mắt tại Hội nghị thượng đỉnh lượng tử IBM 2023 vào ngày 4 tháng 12 năm 2023. Cùng lúc đó, IBM cũng ra mắt chip Heron, một bộ xử lý 133 qubit với tỷ lệ lỗi thấp hơn.
Rob Schoelkopf, đồng sáng lập và nhà khoa học trưởng của Quantum Circuits, nói với Business Insider rằng IBM đã ưu tiên “giảm thiểu lỗi” hơn là các phương pháp sửa lỗi truyền thống. Mặc dù IBM cho đến nay đã thành công trong cái mà Schoelkopf gọi là “mở rộng quy mô bằng sức mạnh thô” với phương pháp này, ông nói rằng phương pháp này sẽ cần được sửa đổi trong dài hạn để đạt hiệu quả.
Ai dẫn đầu cuộc đua?
Sankar Das Sarma, một nhà vật lý lý thuyết về vật chất cô đặc tại Đại học Maryland, nói với Business Insider rằng chip Ocelot của Amazon Web Services, Willow của Google, và Condor của IBM sử dụng phương pháp tiếp cận siêu dẫn “truyền thống hơn” trong phát triển lượng tử so với các đối thủ khác.
Ngược lại, phương pháp của Microsoft dựa trên các mode zero Majorana tô-pô, cũng có chất siêu dẫn, nhưng theo “một cách hoàn toàn khác”, ông nói. Nếu chip Majorana 1 hoạt động chính xác, Das Sarma nói thêm, nó được bảo vệ về mặt tô-pô với nhu cầu sửa lỗi tối thiểu, so với tuyên bố từ các công ty công nghệ khác rằng họ đã cải thiện các phương pháp sửa lỗi thông thường.
Tuy nhiên, phương pháp của mỗi công ty là “rất khác nhau”, Das Sarma nói. “Còn quá sớm để bình luận về ai đang dẫn đầu vì toàn bộ chủ đề này về cơ bản vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu.”
Các công ty công nghệ lớn nên thận trọng về việc “nâng cao kỳ vọng khi quảng bá kết quả,” Georges-Olivier Reymond, CEO của startup điện toán lượng tử Pasqal nói. “Nếu không, bạn có thể tạo ra sự thất vọng.”
Quan điểm của Reymond được Scott Crowder, Phó Chủ tịch về áp dụng lượng tử và phát triển kinh doanh của IBM, đồng tình. Ông nói với Business Insider rằng ông lo ngại “quá phóng đại” có thể khiến mọi người đánh giá thấp công nghệ lượng tử trước khi tiềm năng của nó có thể được nhận ra.
“Chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi đang ở bước ngoặt của việc chứng minh ưu thế lượng tử,” Crowder nói, đề cập đến thời điểm một máy tính lượng tử vượt trội hơn các máy móc cổ điển. “Nhưng ngành công nghiệp vẫn còn vài năm nữa mới có một máy tính lượng tử hoàn toàn không có lỗi.”
Điện toán lượng tử mang lại tiềm năng xử lý các tập dữ liệu khổng lồ hiệu quả hơn nhiều so với máy tính cổ điển. Khác với các bit cổ điển chỉ biểu diễn dữ liệu dưới dạng 0 hoặc 1, máy tính lượng tử hoạt động bằng cách sử dụng các bit lượng tử (qubit), có thể tồn tại ở nhiều trạng thái đồng thời nhờ nguyên lý chồng chập lượng tử. Điều này cho phép máy tính lượng tử thực hiện nhiều phép tính cùng lúc, mang lại lợi thế tốc độ đáng kể, đặc biệt trong việc huấn luyện các mô hình học máy phức tạp đòi hỏi phân tích lượng lớn dữ liệu.
Sức mạnh của điện toán lượng tử nằm ở khả năng giải quyết các phép tính phức tạp mà máy tính cổ điển gần như không thể thực hiện được. Ví dụ, chip Willow của Google, một bước tiến gần đây trong công nghệ lượng tử, thể hiện khả năng đầy hứa hẹn trong việc thực hiện các phép toán lượng tử phức tạp. Các chip lượng tử này thường sử dụng vật liệu siêu dẫn để duy trì trạng thái lượng tử nhạy cảm của các qubit, điều này rất quan trọng cho hoạt động của chúng.
Hơn nữa, các qubit có thể được liên đới lượng tử, cho phép chúng ảnh hưởng đến trạng thái của nhau ngay cả khi bị tách ra ở khoảng cách xa. Tính chất này, cùng với sự chồng chập, tạo nên nền tảng cho tiềm năng của điện toán lượng tử trong việc cách mạng hóa nhiều lĩnh vực, bao gồm cả mật mã học. Khi máy tính lượng tử phát triển, chúng mang lại cả cơ hội và thách thức trong lĩnh vực bảo mật lượng tử. Trong khi chúng đe dọa phá vỡ các phương pháp mã hóa hiện tại, chúng cũng mang lại tiềm năng phát triển các hệ thống mật mã kháng lượng tử, đảm bảo an ninh dữ liệu trong kỷ nguyên hậu lượng tử.
Việc phát triển các chip lượng tử ổn định và mạnh mẽ hơn, như chip Willow của Google, đại diện cho một bước tiến quan trọng hướng tới việc hiện thực hóa toàn bộ tiềm năng của điện toán lượng tử. Khi các nhà nghiên cứu tiếp tục cải thiện độ ổn định của qubit và giảm tỷ lệ lỗi, chúng ta tiến gần hơn đến việc đạt được ưu thế lượng tử – thời điểm mà máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề gần như không thể đối với máy tính cổ điển.
Tác giả bài viết:
Katherine Tangalakis-Lippert, Hugh Langley, and Riddhi Kanetkar – Mar 9, 2025
Source: https://www.businessinsider.com/quantum-computing-race-big-tech-microsoft-google-amazon-ibm-2025-2
Leave a Reply