Bước tiến mới của Google trong cuộc đua lượng tử

Ông Michel H. Devoret — một trong ba nhà vật lý đoạt Giải Nobel Vật lý năm nay — được vinh danh nhờ loạt thí nghiệm thực hiện hơn bốn thập kỷ trước, khi ông còn là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học California, Berkeley.

Cùng với hai đồng nghiệp John M. Martinis và John Clarke, ông đã chứng minh rằng những tính chất kỳ lạ của cơ học lượng tử không chỉ xuất hiện ở hạt hạ nguyên tử mà còn có thể quan sát được trong mạch điện có kích thước đủ lớn để nhìn thấy bằng mắt thường.

Phát hiện này mở đường cho công nghệ dựa trên qubit (đơn vị thông tin cơ bản được sử dụng để mã hóa dữ liệu trong điện toán lượng tử) siêu dẫn - nền tảng mà nhiều công ty, trong đó có Google và IBM, đang dùng để phát triển máy tính lượng tử.

Trong bối cảnh đó, ngày 22/10, Google thông báo bước tiến mới tại phòng thí nghiệm gần Santa Barbara, bang California rằng đội ngũ nghiên cứu của họ đã vận hành thành công một thuật toán lượng tử mới tên Quantum Echoes.

Ông Devoret, người gia nhập Google vào năm 2023, nhận định rằng khi có các máy tính lượng tử lớn hơn, con người sẽ làm được những phép tính mà các thuật toán cổ điển không thể thực hiện. Các chuyên gia khác cũng đánh giá đây là một bước tiến thực chất. Bà Prineha Narang, Giáo sư tại UCLA, cho rằng trong quá trình phát triển, phần mềm và thuật toán đang bắt kịp những tiến bộ phần cứng. Trước đây, bà từng lo ngại điều này có thể không xảy ra.

Máy tính lượng tử hiện vẫn là công nghệ thử nghiệm và hiện còn các lỗi vận hành. Tuy nhiên, những tiến bộ trong sửa lỗi lượng tử khiến nhiều nhà khoa học tin rằng công nghệ có thể đạt tới tiềm năng thực tiễn vào khoảng cuối thập kỷ này.

Trước đó, Google từng tuyên bố đạt được khoảnh khắc “ưu thế lượng tử” khi một máy của họ, dùng con chip tên Willow, hoàn thành một phép tính cực kỳ phức tạp trong dưới 5 phút — mà theo Google, một trong những siêu máy tính cổ điển mạnh nhất thế giới không thể hoàn thành trong 10 triệu tỷ tỷ năm, một khoảng thời gian dài hơn rất nhiều so với tuổi của vũ trụ. Tuy nhiên, phép tính đó chưa có ứng dụng thực tiễn.

Cuộc đua lượng tử hiện diễn ra quy mô toàn cầu: Google cạnh tranh với các tập đoàn công nghệ Microsoft, IBM, nhiều công ty khởi nghiệp (start-up) và trường đại học, cùng nỗ lực mạnh mẽ ở Trung Quốc — khi chính phủ đã cam kết đầu tư hơn 15,2 tỷ USD cho nghiên cứu lượng tử.

Mục tiêu hiện tại của ngành là đạt được “ưu thế lượng tử” trong các nhiệm vụ có giá trị thực tiễn — ví dụ tính toán trong hóa học, trí tuệ nhân tạo hay phát triển thuốc — để chứng minh rằng khoản đầu tư đó là xứng đáng.

Google không chỉ công bố kết quả trên tạp chí khoa học Nature mà còn đăng một bài liên quan trên trang web về khoa học arXiv, cho thấy thuật toán mới có thể hỗ trợ cải thiện kỹ thuật cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) — một phương pháp quan trọng để phân tích cấu trúc phân tử nhỏ và hiểu cách chúng tương tác.

Nếu các thuật toán và phần cứng tiếp tục tiến bộ, máy tính lượng tử có thể mở ra khả năng điều chế thuốc mới, vật liệu mới và giải quyết những bài toán khoa học khó mà máy tính truyền thống không thể chạm tới.