Thuật toán thực hiện nhiệm vụ vượt khả năng của máy tính cổ điển, mặc dù các chuyên gia cho rằng ứng dụng thực tế vẫn còn cách xa nhiều năm.

Google đã tuyên bố đạt được bước đột phá trong điện toán lượng tử sau khi phát triển một thuật toán thực hiện nhiệm vụ vượt khả năng của máy tính thông thường.

Thuật toán này, một tập hợp các hướng dẫn định hướng hoạt động của máy tính lượng tử, có thể tính toán cấu trúc của một phân tử - điều này mở đường cho những khám phá lớn trong các lĩnh vực như y học và khoa học vật liệu.

Tuy nhiên, Google thừa nhận rằng việc sử dụng máy tính lượng tử trong thế giới thực vẫn còn cách xa nhiều năm.

"Đây là lần đầu tiên trong lịch sử bất kỳ máy tính lượng tử nào đã thành công chạy một thuật toán có thể xác minh vượt trội khả năng của siêu máy tính," Google cho biết trong một bài đăng blog. "Phép tính có thể lặp lại, vượt-cổ-điển này là cơ sở cho việc xác minh có thể mở rộng, đưa máy tính lượng tử gần hơn đến việc trở thành công cụ cho các ứng dụng thực tế."

Michel Devoret, nhà khoa học trưởng tại đơn vị AI lượng tử của Google, người đã giành giải Nobel Vật lý tháng này, cho biết thông báo này là một cột mốc khác trong lĩnh vực của ông. "Điều này đánh dấu một bước mới hướng tới điện toán lượng tử quy mô đầy đủ," ông nói.

Bước đột phá thuật toán, cho phép máy tính lượng tử hoạt động nhanh gấp 13.000 lần so với máy tính cổ điển, đã được chi tiết trong một bài báo được đánh giá ngang hàng xuất bản trên Nature vào thứ Tư.

Một chuyên gia cảnh báo rằng thành tựu của Google, mặc dù ấn tượng, tập trung vào một vấn đề khoa học hẹp mà không có tác động đáng kể đến thế giới thực. Kết quả cho hai phân tử đã được kiểm tra chéo với cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) - cùng công nghệ đằng sau máy quét MRI - và tiết lộ thông tin thường không được NMR tiết lộ.

Winfried Hensinger, giáo sư công nghệ lượng tử tại Đại học Sussex, cho biết Google đã chứng minh "lợi thế lượng tử" - có nghĩa là các nhà nghiên cứu của họ đã thực hiện một nhiệm vụ sử dụng máy tính lượng tử mà không thể đạt được bằng máy tính cổ điển.

Nhưng máy tính lượng tử hoàn toàn chịu lỗi, có khả năng thực hiện một số nhiệm vụ làm cộng đồng khoa học hào hứng nhất, vẫn còn cách xa vì chúng sẽ yêu cầu máy có khả năng chứa hàng trăm nghìn bit lượng tử - thuật ngữ cho một đơn vị thông tin trong máy tính lượng tử.

"Điều quan trọng là hiểu nhiệm vụ Google đã đạt được không hoàn toàn mang tính cách mạng như một số ứng dụng thay đổi thế giới được dự đoán cho máy tính lượng tử," Hensinger nói. "Tuy nhiên, đây lại là một bằng chứng thuyết phục khác rằng máy tính lượng tử đang dần trở nên mạnh mẽ hơn."

Máy tính lượng tử thực sự mạnh mẽ có thể giải quyết một loạt thách thức yêu cầu hàng triệu qubit - điều mà phần cứng lượng tử hiện tại không thể quản lý vì qubit rất dễ biến động.

"Một số máy tính lượng tử thú vị nhất đang được thảo luận sẽ yêu cầu hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ qubit," Hensinger nói. "Điều này khó đạt được hơn với loại phần cứng được sử dụng bởi các tác giả của bài báo Google vì phần cứng của họ yêu cầu làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp."

Hartmut Neven, phó chủ tịch kỹ thuật tại Google, cho biết việc sử dụng máy tính lượng tử trong thế giới thực có thể còn cách 5 năm nữa bất chấp bước đột phá với thuật toán, mà công ty công nghệ Mỹ này đã gọi là quantum echoes.

"Với quantum echoes, chúng tôi tiếp tục lạc quan rằng trong vòng năm năm chúng ta sẽ thấy các ứng dụng thế giới thực chỉ có thể thực hiện trên máy tính lượng tử," ông nói.

Google, một người chơi hàng đầu trong trí tuệ nhân tạo, cũng lập luận rằng máy tính lượng tử sẽ có thể tạo ra dữ liệu độc đáo có thể được đưa vào các mô hình AI và làm cho chúng mạnh mẽ hơn như một hệ quả.

Máy tính cổ điển mã hóa thông tin của chúng trong bit - được biểu diễn là 0 hoặc 1 - được truyền dưới dạng xung điện. Một tin nhắn văn bản, email hoặc thậm chí một bộ phim Netflix được phát trực tuyến trên smartphone là một chuỗi các bit này.

Tuy nhiên, trong máy tính lượng tử, thông tin được chứa trong qubit. Những qubit này, được bao bọc trong một chip có kích thước vừa phải, là các hạt như electron hoặc photon có thể ở nhiều trạng thái cùng một lúc, một tính chất của vật lý lượng tử được gọi là chồng chất.

Điều này có nghĩa là qubit có thể mã hóa các kết hợp khác nhau của số 1 và 0 cùng một lúc, và tính toán thông qua số lượng lớn các kết quả khác nhau, điều không thể thực hiện được với máy tính cổ điển. Tuy nhiên, chúng phải được giữ trong một môi trường được kiểm soát chặt chẽ, chẳng hạn như một môi trường không có nhiễu điện từ, nếu không chúng có thể dễ dàng bị gián đoạn.

Tiến bộ đang được thực hiện bởi các công ty như Google đã dẫn đến cảnh báo từ các chuyên gia an ninh mạng rằng nó có khả năng phá vỡ mã hóa cấp cao, thúc đẩy kêu gọi các chính phủ và công ty áp dụng mật mã chống lượng tử.