Một thứ gọi là Google Willow

• Góc nhìn của chuyên gia về công bố chip lượng tử Willow của Google
  • Scott Aaronson: nhà khoa học máy tính nổi tiếng trong lĩnh vực lý thuyết độ phức tạp tính toán, tác giả cuốn sách "Bài giảng về điện toán lượng tử của Scott Aaronson"
• Khi tham dự hội nghị Q2B (Quantum 2 Business), ông đã có mặt tại buổi công bố chip siêu dẫn 105 qubit mới "Willow" của nhóm Google Quantum
• Chip Willow bao gồm thành tựu về các qubit mã surface code để sửa lỗi và việc thực hiện thí nghiệm ưu thế lượng tử quy mô lớn (Random Circuit Sampling)
• Buổi công bố được tổ chức tại Computer History Museum ở Mountain View, gồm phần trình bày ở trình độ kỹ thuật cao và phiên hỏi đáp

Các thành tựu chính của Google và ý nghĩa khoa học

• Chip Willow đã tăng gấp đôi số lượng qubit so với năm 2019, tăng thời gian coherence của qubit lên 5 lần, và nâng độ chính xác của cổng 2-qubit lên khoảng ~99.7% (cổng Controlled-Z), ~99.85% (cổng iswap)
• Khi mở rộng kích thước surface code lên 3×3, 5×5, 7×7, họ phát hiện hiện tượng qubit logic được mã hóa có thể duy trì lâu hơn
• Đây được đánh giá là một ngưỡng quan trọng cho thấy khả năng hiện thực hóa điện toán lượng tử ổn định thông qua sửa lỗi lượng tử

Hạn chế của chip Willow và các bài toán phía trước

• Google nêu rõ rằng để định nghĩa một qubit chịu lỗi hoàn chỉnh, cần giảm tỉ lệ lỗi trong các phép toán đa qubit xuống mức 10⁻⁶
• Trong thí nghiệm hiện tại, họ mới chỉ tạo ra một qubit được mã hóa duy nhất và chưa thực hiện thí nghiệm phép toán đa qubit

Thí nghiệm ưu thế lượng tử và thời gian tính toán

• Thí nghiệm ưu thế lượng tử mới dùng Willow được thực hiện trên cơ sở 105 qubit và 40 lớp cổng
• Ngay cả với các thuật toán mô phỏng mới nhất, việc xác minh kết quả thí nghiệm này bằng phương pháp cổ điển được ước tính có thể mất tới 10²⁵ năm
• Việc xác minh được thực hiện bằng phương pháp gián tiếp dựa trên kết quả của các mạch quy mô nhỏ

So sánh với các công nghệ cạnh tranh

• Qubit siêu dẫn có tốc độ cổng nhanh, nhưng qubit ion bẫy cung cấp khả năng di chuyển qubit và độ chính xác cổng cao
• Willow được xem là một trường hợp Google đưa ra thách thức mới cho các đối thủ cạnh tranh

Tranh luận và phản ứng

• Nhà hoài nghi về điện toán lượng tử Gil Kalai cho rằng cần tiếp cận các tuyên bố của Google một cách thận trọng, đồng thời phản biện chủ yếu dựa trên dữ liệu từ các thí nghiệm ưu thế lượng tử trước đây
• Công bố của Google được đánh giá tích cực ở chỗ dựa trên những thành tựu không bị cường điệu hóa

Kết luận

• Willow chứng minh khả năng của sửa lỗi lượng tử và các thí nghiệm lượng tử quy mô lớn, nhìn chung nhận được đánh giá tích cực và được công nhận là một cột mốc quan trọng của lĩnh vực
• Tốc độ phát triển công nghệ trong tương lai giữa Google và các đối thủ khác sẽ là điểm đáng chú ý
• Điện toán lượng tử vẫn đang tiếp tục phát triển, và các thành tựu thực nghiệm ngày càng tiến bộ hơn

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Với tư cách là một kỹ sư phần mềm, việc dùng API và cập nhật các hàng trong cơ sở dữ liệu khiến tôi thấy quá tầm thường so với những gì vừa đọc. Bài toán mà máy tính lượng tử giải được sẽ mất hàng nghìn tỷ năm với máy tính truyền thống, nhưng ngoài các nhà nghiên cứu lượng tử ra thì chẳng ai quan tâm

  • Mong là họ sẽ giải được những bài toán mà cả những người không phải nhà nghiên cứu lượng tử cũng thấy đáng quan tâm. Ví dụ như bài toán người bán hàng lưu động với n=10, hoặc phân tích thừa số một số có 10 chữ số
  • Hiện tại máy tính lượng tử đang ở cùng nhóm với nhiệt hạch thương mại. Có rất nhiều “đột phá”, nhưng chưa có kết quả
  • Các nhà nghiên cứu ung thư thì hầu như không công bố kiểu “Đột phá có thể chữa ung thư!”, nhưng vẫn đều đặn đạt được tiến bộ

• Tôi nghĩ các tuyên bố về diễn giải đa thế giới Everett là phi logic. Nếu các vũ trụ song song đang đồng thời thực hiện cùng một phép tính, thì tôi không hiểu làm sao điều đó lại có thể cải thiện hiệu năng của toàn bộ vũ trụ

• Tôi thấy buồn cười khi người ta đặt câu hỏi về qubit siêu dẫn, ion bẫy, nguyên tử trung tính và qubit photon. Nếu tôi hiểu được hơn hai từ trong đó thì chắc tôi đã hỏi rồi

• Tôi muốn biết hiệu năng ở các tác vụ hữu ích thông thường đang ở đâu. Tôi muốn biết số lớn nhất có thể phân tích thừa số bằng thuật toán Shor là bao nhiêu, hoặc hàm băm lớn nhất có thể tính preimage bằng thuật toán Grover là gì

• Phần cứng đang tiến bộ, nhưng lại thiếu thuật toán để chạy trên máy tính lượng tử. Ngoài thuật toán Shor hữu ích cho việc bẻ RSA thì không có gì khác

  • Chỉ có những ý tưởng mơ hồ rằng nó có thể hữu ích cho mô phỏng lượng tử hoặc tối ưu hóa
  • Nếu ngày mai có một máy tính lượng tử hoàn chỉnh, tôi cũng không biết sẽ chạy gì trên đó. Hoàn toàn là khoảng trống
  • Đột phá về thuật toán lượng tử là hy vọng duy nhất. Lĩnh vực này gần như không có tiến triển
  • Zapata Computing, công ty được tài trợ tốt nhất trong mảng thuật toán lượng tử, đã đóng cửa trong năm nay

• Bài viết liên quan: Willow, Our Quantum Chip

• Cảnh báo lớn nhất về kết quả “10^25 năm” là Google dường như không nhấn mạnh đủ. Vì phép tính lượng tử này sẽ mất khoảng ~10^25 năm để mô phỏng trên máy tính cổ điển, nên máy tính cổ điển cũng sẽ mất khoảng ~10^25 năm để trực tiếp kiểm chứng kết quả của máy tính lượng tử

  • Tôi không hiểu đoạn này. Cần được giải thích. Có nhiều bài toán mà việc giải mất rất lâu nhưng kiểm chứng lại đơn giản. Ví dụ như phân tích thừa số một số rất lớn được tạo thành từ tích của các số nguyên tố rất lớn

• Tuyên bố rằng máy tính cổ điển sẽ mất khoảng ~10^25 năm để trực tiếp kiểm chứng kết quả của máy tính lượng tử rất khó hiểu. Có nhiều bài toán mà việc kiểm chứng dễ hơn rất nhiều so với việc giải. Tôi thắc mắc vì sao cách tiếp cận đó không được dùng để kiểm tra các tuyên bố về điện toán lượng tử

• Tóm lại: đây là kết quả có thật. Phần ấn tượng là có nhiều qubit hơn và chúng tồn tại lâu hơn. Điểm tệ là kết quả không được kiểm chứng một cách tường minh, mà chỉ có thể được xác nhận thông qua suy luận