Bộ xử lý lượng tử Nighthawk r2 của IBM đã tạo ra 1 triệu mẫu chỉ trong 19 giây trong bài kiểm tra lấy mẫu mạch ngẫu nhiên, trong khi nếu xử lý cùng tác vụ bằng siêu máy tính tiên tiến nhất, thời gian ước tính có thể lên tới 110 năm. Kết quả này cho thấy khoảng cách hiệu năng rất lớn ở một bài đo chuẩn quen thuộc trong lĩnh vực điện toán lượng tử.

Theo Gigazine ngày 30/9 (giờ địa phương), nhóm nghiên cứu do Tigran Sedrakyan dẫn dắt, một nhà vật lý vật chất ngưng tụ lý thuyết tại công ty phần mềm lượng tử BlueQubit của Mỹ, đã công bố kết quả thử nghiệm với Nighthawk r2 của IBM dưới dạng preprint.

Lấy mẫu mạch ngẫu nhiên là phương pháp cho máy tính lượng tử chạy các mạch phức tạp được thiết lập ngẫu nhiên, rồi thu thập một lượng lớn chuỗi bit đầu ra. Đây là một trong những bài kiểm tra ban đầu thường được dùng để đánh giá liệu máy tính lượng tử có thể vượt hệ thống tính toán cổ điển ở một tác vụ cụ thể hay không.

Trong thử nghiệm, nhóm nghiên cứu sử dụng 61 qubit trên Nighthawk r2 và áp dụng mạch ngẫu nhiên với độ sâu tối đa 40 chu kỳ. Theo tính toán của nhóm, trong điều kiện này, chỉ riêng việc tính một biên độ đầu ra đã cần khoảng 10^22 phép toán số phức.

Từ đó, nhóm ước tính rằng để tạo ra 1 triệu mẫu bằng phương pháp tính toán cổ điển, ngay cả siêu máy tính tiên tiến nhất cũng sẽ mất khoảng 110 năm.

Ở chiều ngược lại, bộ xử lý lượng tử của IBM chỉ mất 19 giây để tạo ra 1 triệu mẫu trong điều kiện 36 chu kỳ. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh điểm đáng chú ý là kết quả này không đến từ một hệ thống chế tạo riêng cho phòng thí nghiệm, mà từ bộ xử lý lượng tử thương mại của IBM.

Theo nhóm nghiên cứu, đây là một ví dụ cho thấy “lợi thế lượng tử” thông qua phương pháp lấy mẫu mạch ngẫu nhiên. Khái niệm này dùng để chỉ khả năng máy tính lượng tử thực hiện một tác vụ mà máy tính cổ điển khó xử lý trong thực tế.

Tuy vậy, kết quả trên không đồng nghĩa máy tính lượng tử nhanh hơn siêu máy tính trong mọi bài toán. So sánh lần này chỉ giới hạn trong bài kiểm tra lấy mẫu mạch ngẫu nhiên, nên không thể suy ra khoảng cách hiệu năng tương tự sẽ xuất hiện ở các lĩnh vực ứng dụng thực tế như phân tích dữ liệu, tối ưu hóa hay phát triển thuốc.

Một điểm khác cần lưu ý là kết quả hiện mới được công bố dưới dạng preprint và chưa qua phản biện đồng cấp. Nhóm nghiên cứu cho biết ngay cả những người dùng máy tính lượng tử không chuyên cũng có thể tái lập thí nghiệm này tương đối dễ dàng.

Vì vậy, việc các nhóm khác có tái tạo được kết quả trong cùng điều kiện hay không, cũng như phương pháp thí nghiệm và cách so sánh hiệu năng có được xác nhận trong quá trình phản biện hay không, sẽ là yếu tố quan trọng trong bước kiểm chứng tiếp theo.

Kết quả lần này cho thấy cuộc đua hiệu năng trong điện toán lượng tử đang dần mở rộng từ các hệ thống chuyên biệt trong phòng thí nghiệm sang cả những bộ xử lý thương mại có thể tiếp cận rộng hơn. Dù mang ý nghĩa kỹ thuật ở một bài đo chuẩn cụ thể, giá trị công nghiệp thực sự của điện toán lượng tử vẫn phụ thuộc vào khả năng giải quyết các bài toán thực tế.

Thị trường vì thế sẽ tiếp tục theo dõi liệu bộ xử lý lượng tử của IBM có thể biến cột mốc thử nghiệm này thành lợi thế hiệu năng trong các bài toán công nghiệp hay không.