Siêu chip lượng tử Trung Quốc nhanh hơn bộ xử lý cùng loại của Google 1 triệu lần

Hiệu suất của bộ xử lý này vượt xa các siêu máy tính hiện tại 15 bậc số mũ. Trong khi đó, Sycamore của Google chỉ đạt 9 bậc số mũ vào năm ngoái

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) vừa công bố nguyên mẫu máy tính lượng tử siêu dẫn mang tên Zuchongzhi-3, có tốc độ xử lý nhanh hơn một triệu lần so với bộ xử lý Sycamore của Google – hệ thống từng gây tiếng vang vào năm ngoái.

Zuchongzhi-3 được trang bị 105 qubit và 182 bộ ghép nối, giúp nó đạt hiệu suất vượt trội trong các bài kiểm tra lấy mẫu mạch lượng tử ngẫu nhiên. So sánh với Sycamore của Google, vốn từng được công nhận đạt "ưu thế lượng tử" với chỉ 67 qubit, có thể thấy công nghệ lượng tử của Trung Quốc đã có bước nhảy vọt đáng kinh ngạc.

Dù con người mới chỉ bắt đầu xây dựng các siêu máy tính cấp exascale, các nhà khoa học đã bước vào cuộc đua phát triển thế hệ máy tính mới, có khả năng xử lý trong vài giây những phép toán mà siêu máy tính thông thường phải mất nhiều năm mới hoàn thành. Để đạt được điều đó, các nhà nghiên cứu đang khai thác các tính chất lượng tử của vật chất, trong đó Trung Quốc và Mỹ đang cạnh tranh quyết liệt để chứng minh ưu thế công nghệ của mình.

Giới khoa học đồng thuận rằng quá trình phát triển máy tính lượng tử sẽ trải qua ba giai đoạn chính. Đầu tiên là đạt được ưu thế lượng tử, khi máy tính lượng tử có thể vượt xa các siêu máy tính mạnh nhất hiện nay. Bước tiếp theo là phát triển bộ mô phỏng lượng tử với hàng trăm qubit, có thể giải quyết các vấn đề thực tiễn. Cuối cùng, các nhà khoa học sẽ tập trung vào việc nâng cao độ chính xác và hiệu suất, hướng đến mục tiêu chế tạo máy tính lượng tử đa dụng.

Dù công nghệ vẫn đang ở giai đoạn sơ khai, Trung Quốc đã chiếm thế thượng phong.

Cuộc đua lượng tử giữa Trung Quốc và Mỹ

Mỹ từng là nước có lợi thế tiên phong khi vào năm 2019, Google công bố bộ xử lý Sycamore 53 qubit, hoàn thành một bài toán lấy mẫu mạch ngẫu nhiên trong 200 giây, trong khi siêu máy tính mạnh nhất thế giới lúc đó phải mất 10.000 năm để xử lý bài toán tương tự.

Tuy nhiên, vào năm 2023, nhóm nghiên cứu tại USTC đã sử dụng 1.400 chip Nvidia A100 để hoàn thành bài toán này chỉ trong 14 giây, lật đổ thành tựu của Google. Trung Quốc cũng đã phát triển bộ xử lý lượng tử quang học mang tên Jiuzhang, lần đầu được giới thiệu vào năm 2020.

Năm 2021, các nhà nghiên cứu USTC tiếp tục ra mắt bộ xử lý lượng tử Zuchongzhi 2.1 với 66 qubit, hoạt động tương tự Sycamore của Google và chứng minh khả năng tính toán lượng tử của Trung Quốc theo hai phương pháp khác nhau. Đến năm 2023, Trung Quốc tiếp tục chứng tỏ ưu thế lượng tử bằng bộ xử lý quang học 255 photon, vượt xa hiệu suất của siêu máy tính nhanh nhất lúc bấy giờ 10^16 lần.

Tiếp nối thành công của phiên bản trước, USTC đã nâng cấp bộ xử lý lên 105 qubit với thời gian bảo toàn trạng thái lên đến 72 micro giây. Thiết bị này giúp nhóm nghiên cứu đạt được độ chính xác 99,90% cho cổng lượng tử đơn qubit, 99,62% cho cổng lượng tử hai qubit song song, và 99,13% cho độ chính xác đọc song song.

Để kiểm tra khả năng hoạt động của Zuchongzhi-3, các nhà nghiên cứu đã thực hiện bài toán lấy mẫu mạch ngẫu nhiên với 83 qubit và 32 lớp, cho thấy hiệu suất của bộ xử lý này vượt xa các siêu máy tính hiện tại 15 bậc số mũ. Trong khi đó, Sycamore của Google chỉ đạt 9 bậc số mũ vào năm ngoái. Điều này đồng nghĩa với việc Zuchongzhi-3 nhanh hơn Sycamore của Google khoảng một triệu lần, giúp Trung Quốc củng cố vị thế dẫn đầu trong cuộc đua điện toán lượng tử.