D-Wave Quantum, một startup có trụ sở tại California chuyên về điện toán lượng tử ứng dụng trong thương mại, vừa giải quyết thành công một bài toán thực tế hữu ích bằng nguyên mẫu máy tính lượng tử ủ nhiệt D-Wave Advantage 2 của mình.

Thành tựu này đã được công ty xác nhận thông qua một bài báo khoa học đã qua bình duyệt trên một tạp chí danh tiếng.

Theo định luật Moore, hiệu suất và sức mạnh xử lý của vi mạch sẽ tăng gấp đôi sau mỗi hai năm. Trong khoảng thời gian ngắn từ khi máy tính ra đời, chúng ta đã chứng kiến những bước tiến lớn về công nghệ, trong khi kích thước của thiết bị ngày càng nhỏ gọn hơn.

Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn không ngừng tìm cách xây dựng những cỗ máy mạnh mẽ hơn để thực hiện các phép tính cấp exascale (tương đương một tỷ tỷ phép tính mỗi giây), hỗ trợ giải quyết các vấn đề quan trọng như biến đổi khí hậu và khám phá thuốc.

Nhiều chuyên gia cho rằng, có những bài toán nằm ngoài khả năng xử lý của siêu máy tính. Thay vào đó, máy tính lượng tử, tận dụng các nguyên lý của cơ học lượng tử, có thể thực hiện những phép tính mà ngay cả siêu máy tính mạnh nhất cũng phải mất nhiều năm để giải quyết.

Mặc dù lĩnh vực này đang nhận được sự quan tâm rộng rãi, với nhiều tuyên bố về các cỗ máy có số lượng qubit ngày càng tăng (qubit là đơn vị lưu trữ thông tin trong máy tính lượng tử), nhưng việc ứng dụng thực tiễn vẫn còn rất hạn chế.

Bài toán mà D-Wave đã giải quyết

Các nhà nghiên cứu tại D-Wave đã thực hiện mô phỏng các kính spin có thể lập trình – một bài toán về vật liệu từ tính được biết đến là cực kỳ phức tạp về mặt tính toán, theo thông cáo báo chí của công ty.

Vật liệu từ tính có ứng dụng rộng rãi, từ y học đến công nghệ bán dẫn, chế tạo cảm biến, động cơ và nhiều lĩnh vực khác. Tuy nhiên, do kích thước vi mô của chúng, việc nghiên cứu cách thức tương tác giữa các nguyên tử trong những vật liệu này vẫn là một thách thức lớn, cản trở quá trình phát triển vật liệu mới.

Vì cơ học lượng tử chi phối hành vi của vật liệu, nên việc hiểu sâu hơn về tính chất lượng tử của các khoáng chất từ tính có thể giúp khám phá ra những ứng dụng mới.

Thông thường, các trung tâm tính toán hiệu năng cao (HPC) và siêu máy tính sử dụng bộ xử lý đồ họa (GPU) để thực hiện các phép tính này. Tuy nhiên, phương pháp này vừa tiêu tốn nhiều năng lượng vừa mất rất nhiều thời gian.

Nhóm nghiên cứu của D-Wave nhận thấy đây là bài toán phù hợp để giải quyết bằng nguyên mẫu máy tính lượng tử ủ nhiệt Advantage 2 của họ.

Máy tính lượng tử ủ nhiệt sử dụng cơ học lượng tử để tìm ra lời giải tối ưu cho các bài toán phức tạp. Phương pháp này bắt đầu từ trạng thái siêu chồng chất của tất cả các nghiệm có thể xảy ra (trạng thái năng lượng cao), sau đó hệ thống dần đạt đến trạng thái tối ưu (trạng thái năng lượng thấp nhất) thông qua quá trình ủ nhiệt – điều chỉnh dần các tham số của hệ thống.

Khi nhóm nghiên cứu của D-Wave đặt bài toán này lên máy tính lượng tử của họ, đồng thời so sánh với siêu máy tính Frontier tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL), kết quả thật ấn tượng: Máy tính lượng tử của D-Wave giải bài toán chỉ trong vài phút, và siêu máy tính Frontier cần đến 1 triệu năm để hoàn thành cùng bài toán, đồng thời tiêu thụ lượng điện tương đương với mức tiêu thụ hàng năm của toàn cầu.

Cột mốc quan trọng của điện toán lượng tử

“Đây là một ngày đáng nhớ đối với lĩnh vực điện toán lượng tử. Chúng tôi đã chứng minh được ưu thế tính toán lượng tử trên một bài toán thực tế – một thành tựu đầu tiên trong ngành”, Tiến sĩ Alan Baratz, CEO của D-Wave, tuyên bố trong thông cáo báo chí.

Ông nhấn mạnh: “Trước đây, tất cả những tuyên bố về hệ thống lượng tử vượt trội hơn máy tính cổ điển đều gây tranh cãi, hoặc chỉ liên quan đến việc tạo số ngẫu nhiên – vốn không có giá trị thực tế. Thành tựu của chúng tôi khẳng định rằng máy tính lượng tử ủ nhiệt của D-Wave hiện đã có khả năng giải quyết những bài toán hữu ích mà ngay cả siêu máy tính mạnh nhất thế giới cũng không thể xử lý”.

Hiện tại, D-Wave cung cấp quyền truy cập vào bộ xử lý lượng tử của họ thông qua dịch vụ đám mây. Đồng thời, công ty cũng thông báo rằng bộ xử lý lượng tử của họ đã được nâng cấp lên quy mô lớn hơn gấp bốn lần, với hàng nghìn qubit bổ sung.

Theo IE