Thảo Nông
Writer
Khi nào máy tính lượng tử thực sự trở nên mạnh mẽ hơn những siêu máy tính cổ điển tốt nhất hiện nay? Đây là câu hỏi then chốt mà các nhà khoa học và kỹ sư trên toàn thế giới đang nỗ lực tìm lời giải. Một bước tiến quan trọng vừa được công bố bởi các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Jülich (Đức): họ đã phát triển một chuẩn benchmark (thước đo hiệu năng) mới nhằm đánh giá và so sánh một cách minh bạch sức mạnh tính toán thực tế của các Bộ xử lý lượng tử (QPU) khác nhau, giúp xác định rõ hơn thời điểm "ưu thế lượng tử" (quantum advantage) có thể đạt được.
Thước đo mới cho sức mạnh lượng tử
Trong bối cảnh công nghệ điện toán lượng tử phát triển nhanh chóng với nhiều loại hình phần cứng (qubit) khác nhau, việc có một phương pháp đánh giá chung, công bằng và dễ triển khai là cực kỳ cần thiết. Chuẩn benchmark mới do nhóm nghiên cứu tại Jülich đề xuất dựa trên việc giải quyết bài toán MaxCut – một bài toán tối ưu hóa tổ hợp nổi tiếng có độ khó dễ dàng điều chỉnh.
Thay vì chỉ đếm số lượng qubit, benchmark này tập trung vào hai yếu tố cốt lõi: "độ rộng" (width) – tức là số lượng qubit tối đa mà QPU có thể xử lý hiệu quả cho bài toán; và "độ sâu" (depth) – thước đo độ phức tạp và thời gian mà mạch lượng tử có thể duy trì trạng thái tính toán có ý nghĩa trước khi bị nhiễu loạn hoàn toàn (thể hiện qua số lớp cổng lượng tử 2-qubit thực hiện được). Một QPU được xem là "thất bại" khi kết quả đầu ra trở nên hoàn toàn ngẫu nhiên. Phương pháp này sử dụng thuật toán LR-QAOA để đảm bảo kết quả đo lường phản ánh đúng năng lực tính toán lượng tử thực sự.
Kết quả ban đầu: Quantinuum vượt ngưỡng cổ điển?
Nhóm nghiên cứu đã áp dụng benchmark này để đánh giá 19 QPU khác nhau từ 5 nhà cung cấp hàng đầu thế giới: IBM, Quantinuum, IonQ, Rigetti và IQM. Kết quả cho thấy sự khác biệt đáng kể về hiệu năng. Chip IBM Fez thể hiện thế mạnh về "độ sâu", duy trì được tính toán mạch lượng tử phức tạp với gần 1 triệu cổng 2-qubit ở quy mô 100 qubit.
Tuy nhiên, phát hiện quan trọng nhất đến từ chip H2-1 của Quantinuum. Hệ thống này không chỉ thể hiện tốt về độ sâu mà còn xuất sắc về "độ rộng", khi vẫn cho ra kết quả hợp lệ và có ý nghĩa ở bài toán MaxCut với quy mô 56 qubit và hơn 4.600 cổng 2-qubit. Điều đáng nói là quy mô tính toán này được cho là vượt qua ngưỡng khả năng mô phỏng chính xác của các siêu máy tính cổ điển mạnh nhất hiện nay. Đây là một dấu hiệu ban đầu đầy hứa hẹn, cho thấy ưu thế lượng tử - khả năng giải quyết những bài toán mà máy tính cổ điển không thể - có thể đã bắt đầu xuất hiện trong một số bài toán cụ thể. Trong khi đó, chip Ankaa-2 của Rigetti lại cho hiệu năng thấp nhất trong các thử nghiệm.
Ý nghĩa và những bước tiếp theo
Sự ra đời của chuẩn benchmark này được xem là một bước tiến quan trọng, cung cấp một công cụ minh bạch, khả chuyển và dễ áp dụng để so sánh sự tiến bộ thực sự của các nền tảng điện toán lượng tử khác nhau. Nó giúp ngành công nghiệp và giới nghiên cứu có cái nhìn rõ ràng hơn về năng lực thực tế của từng hệ thống, thay vì chỉ dựa vào các thông số lý thuyết.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng thừa nhận benchmark này chưa hoàn hảo và cần được sử dụng song song với các phương pháp đánh giá khác. Hiệu suất QPU trong bài test này còn phụ thuộc vào lịch trình tham số cố định, chưa phản ánh hết khả năng tối ưu hóa động. Dù vậy, đây vẫn là một công cụ giá trị để theo dõi cuộc đua lượng tử và xác định những cột mốc quan trọng trên con đường chinh phục ưu thế lượng tử.
Thước đo mới cho sức mạnh lượng tử
Trong bối cảnh công nghệ điện toán lượng tử phát triển nhanh chóng với nhiều loại hình phần cứng (qubit) khác nhau, việc có một phương pháp đánh giá chung, công bằng và dễ triển khai là cực kỳ cần thiết. Chuẩn benchmark mới do nhóm nghiên cứu tại Jülich đề xuất dựa trên việc giải quyết bài toán MaxCut – một bài toán tối ưu hóa tổ hợp nổi tiếng có độ khó dễ dàng điều chỉnh.
Thay vì chỉ đếm số lượng qubit, benchmark này tập trung vào hai yếu tố cốt lõi: "độ rộng" (width) – tức là số lượng qubit tối đa mà QPU có thể xử lý hiệu quả cho bài toán; và "độ sâu" (depth) – thước đo độ phức tạp và thời gian mà mạch lượng tử có thể duy trì trạng thái tính toán có ý nghĩa trước khi bị nhiễu loạn hoàn toàn (thể hiện qua số lớp cổng lượng tử 2-qubit thực hiện được). Một QPU được xem là "thất bại" khi kết quả đầu ra trở nên hoàn toàn ngẫu nhiên. Phương pháp này sử dụng thuật toán LR-QAOA để đảm bảo kết quả đo lường phản ánh đúng năng lực tính toán lượng tử thực sự.
Kết quả ban đầu: Quantinuum vượt ngưỡng cổ điển?
Nhóm nghiên cứu đã áp dụng benchmark này để đánh giá 19 QPU khác nhau từ 5 nhà cung cấp hàng đầu thế giới: IBM, Quantinuum, IonQ, Rigetti và IQM. Kết quả cho thấy sự khác biệt đáng kể về hiệu năng. Chip IBM Fez thể hiện thế mạnh về "độ sâu", duy trì được tính toán mạch lượng tử phức tạp với gần 1 triệu cổng 2-qubit ở quy mô 100 qubit.
Tuy nhiên, phát hiện quan trọng nhất đến từ chip H2-1 của Quantinuum. Hệ thống này không chỉ thể hiện tốt về độ sâu mà còn xuất sắc về "độ rộng", khi vẫn cho ra kết quả hợp lệ và có ý nghĩa ở bài toán MaxCut với quy mô 56 qubit và hơn 4.600 cổng 2-qubit. Điều đáng nói là quy mô tính toán này được cho là vượt qua ngưỡng khả năng mô phỏng chính xác của các siêu máy tính cổ điển mạnh nhất hiện nay. Đây là một dấu hiệu ban đầu đầy hứa hẹn, cho thấy ưu thế lượng tử - khả năng giải quyết những bài toán mà máy tính cổ điển không thể - có thể đã bắt đầu xuất hiện trong một số bài toán cụ thể. Trong khi đó, chip Ankaa-2 của Rigetti lại cho hiệu năng thấp nhất trong các thử nghiệm.
Ý nghĩa và những bước tiếp theo
Sự ra đời của chuẩn benchmark này được xem là một bước tiến quan trọng, cung cấp một công cụ minh bạch, khả chuyển và dễ áp dụng để so sánh sự tiến bộ thực sự của các nền tảng điện toán lượng tử khác nhau. Nó giúp ngành công nghiệp và giới nghiên cứu có cái nhìn rõ ràng hơn về năng lực thực tế của từng hệ thống, thay vì chỉ dựa vào các thông số lý thuyết.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng thừa nhận benchmark này chưa hoàn hảo và cần được sử dụng song song với các phương pháp đánh giá khác. Hiệu suất QPU trong bài test này còn phụ thuộc vào lịch trình tham số cố định, chưa phản ánh hết khả năng tối ưu hóa động. Dù vậy, đây vẫn là một công cụ giá trị để theo dõi cuộc đua lượng tử và xác định những cột mốc quan trọng trên con đường chinh phục ưu thế lượng tử.
