A-Train The Seven
...'cause for once, I didn't hate myself.
Các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố nguyên mẫu máy tính lượng tử siêu dẫn “Zuchongzhi 3.0” với 105 qubit vào thứ Hai (giờ Bắc Kinh, ngày 3/3/2025), đánh dấu bước đột phá trong nghiên cứu lượng tử của nước này. Thành tựu này không chỉ lập kỷ lục mới về ưu thế tính toán lượng tử trong hệ siêu dẫn mà còn khẳng định vị thế của Trung Quốc trong cuộc đua công nghệ toàn cầu.
Được phát triển bởi các nhà vật lý lượng tử hàng đầu Trung Quốc như Pan Jianwei, Zhu Xiaobo, Peng Chengzhi và cộng sự, “Zuchongzhi 3.0” sở hữu 105 qubit có thể đọc được và 182 bộ ghép nối (couplers). Máy xử lý nhiệm vụ lấy mẫu mạch lượng tử ngẫu nhiên nhanh hơn hàng triệu tỷ lần so với siêu máy tính mạnh nhất thế giới hiện nay, đồng thời vượt xa kết quả mới nhất của Google công bố trên Nature tháng 10/2024 tới 1 triệu lần. Cụ thể, nghiên cứu cho thấy máy hoàn thành một tác vụ phức tạp trong vài giây, trong khi siêu máy tính Frontier cần tới 6,4 tỷ năm để mô phỏng—một khoảng cách khó tưởng tượng nổi.
Ưu thế tính toán lượng tử (quantum computational advantage), hay còn gọi là “ưu thế lượng tử tối cao”, là điểm mà máy tính lượng tử vượt xa siêu máy tính cổ điển trong các nhiệm vụ cụ thể. Thành tựu này không chỉ chứng minh tính khả thi của công nghệ lượng tử mà còn là thước đo trực tiếp sức mạnh nghiên cứu của một quốc gia trong lĩnh vực này. Hiện tại, Trung Quốc và Mỹ đang dẫn đầu cuộc đua lượng tử, liên tục thay nhau ghi dấu ấn với những bước tiến đột phá.
Hành trình bắt đầu từ năm 2019 khi Mỹ ra mắt “Sycamore”, tiếp theo là “Jiuzhang” của Trung Quốc năm 2020, cả hai đều đạt ưu thế lượng tử. Đến năm 2021, Trung Quốc giới thiệu “Zuchongzhi 2.1” với 66 qubit lập trình được, trở thành quốc gia đầu tiên đạt ưu thế lượng tử trên hai tuyến công nghệ chính: siêu dẫn và quang tử. So với phiên bản trước, “Zuchongzhi 3.0” nâng cấp mạnh mẽ các chỉ số hiệu suất, đưa năng lực tính toán lượng tử của Trung Quốc lên tầm dẫn đầu thế giới.
Nghiên cứu được đăng trên Physical Review Letters, nhận được đánh giá cao từ giới chuyên môn. Các nhà bình duyệt gọi đây là “điểm chuẩn cho một máy tính lượng tử siêu dẫn mới với hiệu suất tiên tiến” và “bước nâng cấp đáng kể so với thiết bị 66 qubit trước đó”. Kết quả ban đầu đã xuất hiện trên arXiv để cộng đồng xem xét sớm, cho thấy sự minh bạch và tự tin của đội ngũ.
Được thiết kế bởi Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC), “Zuchongzhi 3.0” sử dụng 105 qubit transmon, bố trí trên lưới hình chữ nhật 15x7 với 182 bộ ghép nối để tăng cường kết nối. Nhóm nghiên cứu chọn 83 qubit tối ưu cho thí nghiệm, giảm tỷ lệ lỗi và tăng độ ổn định. Họ thực hiện bài kiểm tra lấy mẫu mạch ngẫu nhiên quy mô lớn với độ sâu 32 chu kỳ—mức phức tạp vượt xa kỷ lục 67 qubit, 32 chu kỳ của Google.
Cải tiến kỹ thuật là chìa khóa. Nhóm đã tinh chỉnh thiết kế qubit, tối ưu điện dung và tham số Josephson để giảm nhiễu điện tích. Quy trình chế tạo cũng được nâng cấp, dùng tantalum và nhôm định hình bằng quang khắc, kết nối qua kỹ thuật flip-chip indium bump, giúp giảm ô nhiễm và tăng thời gian mạch lạc (coherence time). Kết quả: thời gian thư giãn (T1) đạt 72 micro giây, thời gian mất pha (T2) lên 58 micro giây, độ chính xác cổng đơn qubit là 99,90%, và cổng hai qubit đạt 99,62%—vượt trội so với các máy tính lượng tử siêu dẫn trước đây.
Cộng đồng khoa học toàn cầu đã vạch ra lộ trình ba bước cho phát triển lượng tử thực nghiệm:
Dù đạt bước tiến lớn, nghiên cứu thừa nhận thách thức trong việc mở rộng. Lỗi trong các thao tác đa qubit vẫn là rào cản, đặc biệt khi mạch phức tạp hơn. Lấy mẫu mạch ngẫu nhiên, dù là chuẩn mực cho ưu thế lượng tử, không trực tiếp giải quyết vấn đề thực tế, dẫn đến tranh cãi rằng đây là so sánh “táo với cam” khi đặt cạnh siêu máy tính cổ điển xử lý bài toán thực dụng. Hơn nữa, thuật toán mô phỏng lượng tử trên máy cổ điển, như mạng tensor, đang cải thiện, có thể thu hẹp khoảng cách ưu thế trong tương lai.
Kết quả gợi ý rằng tăng số lượng qubit và độ chính xác mạch sẽ mở ra ứng dụng thực tiễn trong tối ưu hóa, học máy và phát triển thuốc. Sự tiến bộ nhanh chóng của phần cứng lượng tử cho thấy giai đoạn tiếp theo sẽ tập trung vào sửa lỗi và dung sai lỗi—yêu cầu thiết yếu cho máy tính lượng tử thực dụng. Không chỉ Trung Quốc, mà Google, IBM và các nhóm nghiên cứu khác trên thế giới cũng đang dồn lực vào hướng này.
Nghiên cứu là nỗ lực chung của nhiều tổ chức: Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Vật lý Quốc gia Hefei, USTC, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Lượng tử Thượng Hải, Trung tâm Xuất sắc về Thông tin Lượng tử CAS, Phòng thí nghiệm Quốc gia Hefei, QuantumCTek, Phòng thí nghiệm Trọng điểm Hà Nam về Thông tin Lượng tử, Viện Đo lường Quốc gia Bắc Kinh, Viện Công nghệ Lượng tử Tế Nam, Đại học Điện tử Tây An, và Viện Vật lý Lý thuyết CAS.
Được phát triển bởi các nhà vật lý lượng tử hàng đầu Trung Quốc như Pan Jianwei, Zhu Xiaobo, Peng Chengzhi và cộng sự, “Zuchongzhi 3.0” sở hữu 105 qubit có thể đọc được và 182 bộ ghép nối (couplers). Máy xử lý nhiệm vụ lấy mẫu mạch lượng tử ngẫu nhiên nhanh hơn hàng triệu tỷ lần so với siêu máy tính mạnh nhất thế giới hiện nay, đồng thời vượt xa kết quả mới nhất của Google công bố trên Nature tháng 10/2024 tới 1 triệu lần. Cụ thể, nghiên cứu cho thấy máy hoàn thành một tác vụ phức tạp trong vài giây, trong khi siêu máy tính Frontier cần tới 6,4 tỷ năm để mô phỏng—một khoảng cách khó tưởng tượng nổi.
Ưu thế tính toán lượng tử (quantum computational advantage), hay còn gọi là “ưu thế lượng tử tối cao”, là điểm mà máy tính lượng tử vượt xa siêu máy tính cổ điển trong các nhiệm vụ cụ thể. Thành tựu này không chỉ chứng minh tính khả thi của công nghệ lượng tử mà còn là thước đo trực tiếp sức mạnh nghiên cứu của một quốc gia trong lĩnh vực này. Hiện tại, Trung Quốc và Mỹ đang dẫn đầu cuộc đua lượng tử, liên tục thay nhau ghi dấu ấn với những bước tiến đột phá.
Hành trình bắt đầu từ năm 2019 khi Mỹ ra mắt “Sycamore”, tiếp theo là “Jiuzhang” của Trung Quốc năm 2020, cả hai đều đạt ưu thế lượng tử. Đến năm 2021, Trung Quốc giới thiệu “Zuchongzhi 2.1” với 66 qubit lập trình được, trở thành quốc gia đầu tiên đạt ưu thế lượng tử trên hai tuyến công nghệ chính: siêu dẫn và quang tử. So với phiên bản trước, “Zuchongzhi 3.0” nâng cấp mạnh mẽ các chỉ số hiệu suất, đưa năng lực tính toán lượng tử của Trung Quốc lên tầm dẫn đầu thế giới.
Nghiên cứu được đăng trên Physical Review Letters, nhận được đánh giá cao từ giới chuyên môn. Các nhà bình duyệt gọi đây là “điểm chuẩn cho một máy tính lượng tử siêu dẫn mới với hiệu suất tiên tiến” và “bước nâng cấp đáng kể so với thiết bị 66 qubit trước đó”. Kết quả ban đầu đã xuất hiện trên arXiv để cộng đồng xem xét sớm, cho thấy sự minh bạch và tự tin của đội ngũ.
Được thiết kế bởi Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC), “Zuchongzhi 3.0” sử dụng 105 qubit transmon, bố trí trên lưới hình chữ nhật 15x7 với 182 bộ ghép nối để tăng cường kết nối. Nhóm nghiên cứu chọn 83 qubit tối ưu cho thí nghiệm, giảm tỷ lệ lỗi và tăng độ ổn định. Họ thực hiện bài kiểm tra lấy mẫu mạch ngẫu nhiên quy mô lớn với độ sâu 32 chu kỳ—mức phức tạp vượt xa kỷ lục 67 qubit, 32 chu kỳ của Google.
Cải tiến kỹ thuật là chìa khóa. Nhóm đã tinh chỉnh thiết kế qubit, tối ưu điện dung và tham số Josephson để giảm nhiễu điện tích. Quy trình chế tạo cũng được nâng cấp, dùng tantalum và nhôm định hình bằng quang khắc, kết nối qua kỹ thuật flip-chip indium bump, giúp giảm ô nhiễm và tăng thời gian mạch lạc (coherence time). Kết quả: thời gian thư giãn (T1) đạt 72 micro giây, thời gian mất pha (T2) lên 58 micro giây, độ chính xác cổng đơn qubit là 99,90%, và cổng hai qubit đạt 99,62%—vượt trội so với các máy tính lượng tử siêu dẫn trước đây.
Cộng đồng khoa học toàn cầu đã vạch ra lộ trình ba bước cho phát triển lượng tử thực nghiệm:
- Đạt ưu thế lượng tử (đã hoàn thành).
- Xây dựng bộ mô phỏng lượng tử với hàng trăm qubit điều khiển được để giải các vấn đề thực tế vượt khả năng siêu máy tính.
- Nâng cao độ chính xác điều khiển qubit, tích hợp quy mô lớn và sửa lỗi để tạo máy tính lượng tử lập trình đa năng.
Dù đạt bước tiến lớn, nghiên cứu thừa nhận thách thức trong việc mở rộng. Lỗi trong các thao tác đa qubit vẫn là rào cản, đặc biệt khi mạch phức tạp hơn. Lấy mẫu mạch ngẫu nhiên, dù là chuẩn mực cho ưu thế lượng tử, không trực tiếp giải quyết vấn đề thực tế, dẫn đến tranh cãi rằng đây là so sánh “táo với cam” khi đặt cạnh siêu máy tính cổ điển xử lý bài toán thực dụng. Hơn nữa, thuật toán mô phỏng lượng tử trên máy cổ điển, như mạng tensor, đang cải thiện, có thể thu hẹp khoảng cách ưu thế trong tương lai.
Kết quả gợi ý rằng tăng số lượng qubit và độ chính xác mạch sẽ mở ra ứng dụng thực tiễn trong tối ưu hóa, học máy và phát triển thuốc. Sự tiến bộ nhanh chóng của phần cứng lượng tử cho thấy giai đoạn tiếp theo sẽ tập trung vào sửa lỗi và dung sai lỗi—yêu cầu thiết yếu cho máy tính lượng tử thực dụng. Không chỉ Trung Quốc, mà Google, IBM và các nhóm nghiên cứu khác trên thế giới cũng đang dồn lực vào hướng này.
Nghiên cứu là nỗ lực chung của nhiều tổ chức: Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Vật lý Quốc gia Hefei, USTC, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Lượng tử Thượng Hải, Trung tâm Xuất sắc về Thông tin Lượng tử CAS, Phòng thí nghiệm Quốc gia Hefei, QuantumCTek, Phòng thí nghiệm Trọng điểm Hà Nam về Thông tin Lượng tử, Viện Đo lường Quốc gia Bắc Kinh, Viện Công nghệ Lượng tử Tế Nam, Đại học Điện tử Tây An, và Viện Vật lý Lý thuyết CAS.
