Trung Quốc trình làng máy tính lượng tử mới chạy nhanh hơn một triệu lần so với Google

Một bước đột phá mới trong lĩnh vực máy tính lượng tử đã gây chấn động thế giới công nghệ. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) đã công bố Zuchongzhi-3, một cỗ máy lượng tử 105 qubit có khả năng xử lý các phép tính với tốc độ vượt xa cả những siêu máy tính mạnh nhất hiện nay.

Đây là một bước nhảy vọt khác mà đất nước tỷ dân đạt được trong cuộc đua giành ưu thế lượng tử.

Máy tính lượng tử Zuchongzhi-3

Theo đó, một nhóm nghiên cứu đến từ USTC, thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cùng với các đối tác, đã đạt được tiến bộ đáng kể trong việc lấy mẫu mạch lượng tử ngẫu nhiên bằng cách sử dụng Zuchongzhi-3 – một nguyên mẫu máy tính lượng tử siêu dẫn được trang bị 105 qubit và 182 bộ ghép nối.

Zuchongzhi-3 hoạt động với tốc độ đáng kinh ngạc, thực hiện các phép tính nhanh hơn 10^15 lần so với siêu máy tính mạnh nhất hiện nay, và nhanh hơn một triệu lần so với kết quả đánh giá hiệu năng máy tính lượng tử mới nhất được công bố của Google. Thành tựu này đánh dấu một bước đột phá lớn trong lĩnh vực máy tính lượng tử, kế thừa thành công từ phiên bản tiền nhiệm, Zuchongzhi-2.

Nghiên cứu, được dẫn dắt bởi Jianwei Pan, Xiaobo Zhu, Chengzhi Peng và các nhà nghiên cứu khác từ Trung Quốc và nước ngoài, đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Con đường hướng tới ưu thế lượng tử

Ưu thế lượng tử, khả năng của máy tính lượng tử thực hiện các nhiệm vụ vượt xa khả năng của máy tính cổ điển, đã là mục tiêu chính trong lĩnh vực này. Năm 2019, bộ xử lý 53-qubit Sycamore của Google đã hoàn thành nhiệm vụ lấy mẫu mạch ngẫu nhiên trong 200 giây, một kỳ tích được ước tính phải mất 10.000 năm để siêu máy tính nhanh nhất thế giới vào thời điểm bấy giờ có thể đạt được.

Tuy nhiên, vào năm 2023, các nhà nghiên cứu tại USTC đã chứng minh các thuật toán cổ điển tiên tiến hơn có thể hoàn thành cùng một nhiệm vụ trong 14 giây bằng cách sử dụng hơn 1.400 GPU A100. Với sự ra đời của siêu máy tính Frontier, được trang bị bộ nhớ mở rộng, nhiệm vụ này hiện có thể được thực hiện chỉ trong 1,6 giây, thách thức tuyên bố trước đây của Google về ưu thế lượng tử.

Sau đó, bằng việc sử dụng thuật toán cổ điển tối ưu làm tiêu chuẩn, các chuyên gia USTC đã đạt được ưu thế lượng tử được chứng minh nghiêm ngặt đầu tiên với nguyên mẫu máy tính lượng tử quang học Jiuzhang vào năm 2020. Tiếp theo là một minh chứng siêu dẫn vào năm 2021 bằng cách sử dụng bộ xử lý Zuchongzhi-2.

Năm 2023, sự phát triển của 255-photon Jiuzhang-3 đã chứng minh ưu thế lượng tử vượt trội hơn siêu máy tính cổ điển 10^16 lần. Đến tháng 10 năm 2024, bộ xử lý lượng tử siêu dẫn 67-qubit Sycamore của Google đã chứng minh ưu thế lượng tử, vượt trội siêu máy tính cổ điển 9 bậc độ lớn.

Zuchongzhi-3: Bước nhảy vọt về hiệu suất lượng tử

Dựa trên 66-qubit Zuchongzhi-2, nhóm nghiên cứu USTC đã cải thiện đáng kể các chỉ số hiệu suất chính để phát triển Zuchongzhi-3, với 105 qubit và 182 bộ ghép nối. Bộ xử lý lượng tử này đạt thời gian coherence là 72 μs, độ chính xác cổng một qubit đồng thời là 99,90%, độ chính xác cổng hai qubit đồng thời là 99,62%, và độ chính xác đọc đồng thời là 99,13%. Thời gian coherence kéo dài cung cấp thời gian cần thiết để thực hiện các thao tác và tính toán phức tạp hơn.

Để đánh giá khả năng của Zuchongzhi-3, nhóm đã thực hiện nhiệm vụ lấy mẫu mạch ngẫu nhiên 83-qubit, 32 lớp trên hệ thống. Kết quả cho thấy tốc độ tính toán vượt trội hơn siêu máy tính mạnh nhất thế giới 15 bậc độ lớn và vượt trội hơn kết quả máy tính lượng tử mới nhất của Google sáu bậc độ lớn, thiết lập lợi thế tính toán lượng tử mạnh nhất trong hệ thống siêu dẫn cho đến nay.

Mở rộng tương lai nghiên cứu lượng tử

Sau khi đạt được “lợi thế tính toán lượng tử” mạnh nhất với Zuchongzhi-3, nhóm đang tích cực thúc đẩy nghiên cứu về sửa lỗi lượng tử, vướng víu lượng tử, mô phỏng lượng tử và hóa học lượng tử. Các nhà nghiên cứu đã triển khai kiến trúc qubit lưới 2D, cải thiện khả năng kết nối qubit và tốc độ truyền dữ liệu.

Sử dụng kiến trúc này, họ đã tích hợp mã bề mặt và hiện đang phát triển sửa lỗi lượng tử bằng cách sử dụng mã bề mặt khoảng cách 7, với kế hoạch mở rộng lên khoảng cách 9 và 11. Những nỗ lực này nhằm mục đích cho phép tích hợp và điều khiển quy mô lớn các bit lượng tử. Công trình của USTC có ý nghĩa sâu sắc và đã nhận được sự tán dương rộng rãi.