Google thực hiện thí nghiệm mô phỏng hóa học lớn nhất từ trước đến nay trên máy tính lượng tử

Phạm Hải

Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc đội ngũ AI Quantum của Google đã tiến hành thành công một thử nghiệm mô phỏng hóa học lớn nhất từ trước đến nay trên máy tính lượng tử Sycamore. Đây thực sự là một cột mốc đáng nhớ, đánh dấu sự bắt đầu của những bước tiến lớn trong lĩnh vực tính toán lượng tử - các kỹ thuật tính toán dựa trên những hệ thống vận hành bởi quy luật của cơ học lượng tử. Đồng thời chỉ ra lợi ích vô cùng tiềm năng của việc sử dụng máy tính lượng tử trong triển khai các quy trình mô phỏng hóa học phức tạp, quy mô lớn.

Tất nhiên, công nghệ máy tính lượng tử hiện tại vẫn chưa sẵn sàng để đối mặt với một thách thức phức tạp như vậy, nhưng các nhà khoa học máy tính đang cố gắng “đốt cháy quá trình” này, và việc thực thiện những thử nghiệm ban đầu để đánh giá mức độ hiệu quả cũng như những thiếu sót là việc làm cần thiết, tiền đề để triển khai những quyết định đầu tư hợp lý. Các công ty công nghệ lớn như Google đang không tiếc tiền đổ vào quy trình nghiên cứu hướng tới việc sử dụng máy tính lượng tử cho các công việc mang tính cốt lõi.

Trong nỗ lực mới này, nhóm nghiên cứu tại AI Quantum đã tập trung mô phỏng một quá trình hóa học đơn giản - Phương pháp gần đúng hoá học lượng tử trên cơ sở Hartree-Fock của một hệ thống hóa học thực. Cụ thể là khi một phân tử diazene trải qua phản ứng với các nguyên tử hydro, dẫn đến sự thay đổi cấu trúc.

Việc chỉ ra cách lập trình hệ thống lượng tử Sycamore của Google không khó, cái khó là tìm ra cách đảm bảo kết quả chính xác, máy tính lượng tử nổi tiếng là dễ bị lỗi. Thành tựu đáng khen ngợi của đội ngũ AI Quantum nằm ở quá trình xác thực và đánh giá kết quả, bằng cách ghép nối hệ thống lượng tử với một máy tính thông thường. Máy tính này được sử dụng để phân tích các kết quả do máy tính lượng tử Sycamore đưa ra và sau đó cung cấp các thông số mới. Quá trình như vậy sẽ được lặp lại cho đến khi máy tính lượng tử hoạt động theo cách có thể đạt đến một giá trị nhỏ nhất. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng sử dụng hai hệ thống kiểm tra khác, cả hai đều hướng tới tính toán kết quả để phát hiện và sửa lỗi.

Về cơ bản việc phát triển khả năng dự đoán các quá trình hóa học bằng cách mô phỏng chúng trên máy tính sẽ mang lại lợi ích to lớn cho các nhà hóa học, cụ thể là mở ra cánh cửa cho sự xuất hiện và phát triển của nhiều loại vật liệu mới với những đặc tính chưa từng được biết đến. Lý thuyết là như vậy, nhưng trên thực tế, các hệ thống máy tính hiện tại dù sở hữu sức mạnh tính toán không hề yếu, nhưng vẫn chưa thực sự đủ khả năng đảm nhận những nhiệm vụ kiểu này. Đó là lý do tại sao các nhà hóa học đặt nhiều kỳ vọng vào sự góp mặt của máy tính lượng tử ở lĩnh vực này trong tương lai gần.