Google tuyên bố ‘lợi thế lượng tử’ một lần nữa – nhưng các nhà nghiên cứu đều nghi ngờ
Công ty này cho biết đã giải quyết được một vấn đề về bộ xử lý lượng tử nhanh hơn so với máy tính cổ điển và lạc quan về những ứng dụng khoa học trong tương lai.
Các nhà nghiên cứu Google đã có một tuyên bố mới về lợi thế lượng tử – năng lực của các máy tính lượng tử với việc tăng tốc tính toán một cách triệt để so với các máy tính cổ điển.
Đây không phải là tuyên bố lần đầu của công ty này. Nhưng các nhà khoa học cho biết thuật toán mới nhất của họ – được họ gọi là vọng lượng tử (quantum echoes) – có tiềm năng giải được các bài toán khoa học, bao gồm các cấu trúc phân tử. Nó có thể, về mặt lý thuyết, được tái tạo trên một máy tính lượng tử khác.
“Thuật toán này đưa ra cơ hội cho những ứng dụng trên thế giới thực,” theo Hartmut Neven, người dẫn dắt phòng thí nghiệm Tính toán lượng tử của Google, ở Santa Barbara, California, trong một thông cáo ngắn gửi báo chí. Công ty này lạc quan là trong năm năm tới sẽ có thể sử dụng máy tính lượng tử, ông cho biết thêm.
Nhưng một số nhà nghiên cứu cảnh báo tuyên bố về lợi thế lượng tử, xuất bản trên Nature ngày 22/10/2025. “Gánh nặng của việc chứng minh nó rất lớn,” theo Dries Sels, một nhà vật lý lượng tử tại ĐH New York. Và dẫu bài báo này đã “rất nghiêm túc” trong kiểm chứng với vô số thuật toán cổ điển, không có bằng chứng nào cho thấy một hiệu quả như thế không thể tồn tại. “Về mặt cá nhân thì tôi không nghĩ là đã đủ cho một tuyên bố lớn”, ông nói.
Những người khác cho rằng sự hứa hẹn về việc sử dụng thực tế sẽ đến sớm là quá vội vã. Lợi thế kỹ thuật rất ấn tượng, theo James Whitfield, một nhà vật lý lượng tử tại Dartmouth College, nhưng ‘hơi quá khi nghĩ về việc sẽ đột nhiên giải được một số bài toán khả thi về kinh tế”.
Các nhà nghiên cứu của Google và cộng sự đã cho biết cách họ có thể áp dụng thuật toán này vào các phân tử đơn giản trong một tiền ấn phẩm mà họ đưa lên arXiv. Họ có thể dự đoán những đặc điểm nhất định của các cấu trúc phân tử bằng các mô phỏng lượng tử, và xác nhận phát hiện của họ với các đo đạc cộng hưởng từ hạt nhân. Nhưng họ mới chỉ có thể áp dụng phương pháp này với các phân tử đã được mô phỏng theo phương pháp cổ điển một cách hiệu quả, như dung môi hữu cơ lỏng có mùi thơm toluene.
Áp dụng thuật toán vọng lượng tử cho nhiều hệ phức hợp sẽ đòi hỏi phần cứng ít nhiễu hoặc các phương pháp tinh chỉnh nhiễu vẫn còn đang được nghiên cứu, theo Tom O’Brien, một nhà khoa học tại Google Quantum AI, trong thông cáo ngắn.
Vọng các bit lượng tử
Màn chứng minh này sử dụng chip Willow của Google, khai thác 105 mạch siêu dẫn nhỏ để lưu trữ thông tin như các bit lượng tử – tương đương các bit thông tin cổ điển.
Thuật toán của Google có thể dò được các kết nối lượng tử tinh tế giữa các phần khác nhau trong máy tính, nếu không chúng có thể sẽ rối loạn và mất tương tác giữa các phần lượng tử của máy tính. Họ ví phương pháp của họ như việc lập bản đồ một hang động bằng tiếng vọng; nó bao gồm việc cho chạy một loạt các phép toán, làm nhiễu loạn một bit lượng tử sau đó chạy các phép toán theo hướng ngược lại. Các đo đạc cho thấy các dấu vết các tương tác của qubit trong toàn hệ.
Để ứng dụng thuật toán này trên các phân tử, họ đã khiến các qubit mô phỏng ‘spins’ của các hạt nhân nguyên tử, tài sản lượng tử khiến cho mỗi hạt nhân hành xử như một thanh nam châm nhỏ. Bằng việc đo đạc cách các spin đó tương tác về mặt từ, cộng hưởng từ cho thấy một cấu trúc phân tử nhưng kỹ thuật này thất bại khi hạt nhân ở quá xa. Bằng việc mô phỏng các spin với qubit, thuật toán vọng lượng tử có thể tìm ra những tương tác khoảng cách xa với nhiều thông tin cấu trúc hơn so với việc chỉ sử dụng mỗi cộng hưởng từ hạt nhân, O’Brien nói.
“Dù các chứng minh đó mới thành công trên các phân tử nhỏ nhưng chúng tôi lạc quan là các ý tưởng tương tự có thể cuối cùng được mở rộng trên các hệ lớn hơn – có tiềm năng trên các protein – trong tương lai,” theo Ashok Ajoy, một nhà hóa lượng tử ở ĐH California, Berkeley.
Các tính toán gây tranh cãi
Tuyên bố về lợi thế lượng tử đầy rẫy và thường gây tranh cãi. Tuyên bố đầu tiên của Google vào năm 2019 về một nhiệm vụ không có ứng dụng thực tế, và các nhà nghiên cứu khác nhanh chóng chứng tỏ là các thuật toán tương tự cũng có thể thực hiện trên máy tính cổ điển. Vào tháng 3, D-wave, một công ty máy tính ở Palo Alto, California, tuyên bố giải được bài toán đầu tiên của khoa học trên một bộ xử lý lượng tử, vốn là thách thức tương tự với các thuật toán cổ điển cải tiến.
Google nói thuật toán vọng lượng tử chạy trên bộ xử lý lượng tử của họ nhanh gấp 13.000 lần so với máy tính cổ điển. Nhóm nghiên cứu đã dùng thời gian tương đương 10 năm làm việc của một nhà nghiên cứu trong quá trình làm việc nhóm – các nhà nghiên cứu nói với Nature rằng kết quả của Google đáng tin cậy. “Tất nhiên, nó thách thức bất kỳ nghi ngờ nào trong việc tái tạo kết quả của họ theo cách làm cổ điển,” theo Scott Aaronson, một nhà khoa học máy tính tại ĐH Texas ở Austin.
Nhưung cải thiện gấp 13.000 lần không phải là một cái gì quá lớn và Sels cho biết ông đã thấy những chiến lược tiềm năng có thể thúc đẩy tốc độ của một thuật toán cổ điển.
Một lợi thế lớn trong tuyên bố của Google, Aaronson nói, là bởi kết quả mà máy tính đem lại là một số xác định nên có thể kiểm tra kết quả trên một máy tính lượng tử khác. Khi thuật toán được sử dụng để dự đoán các cấu trúc phân tử thật thì nhóm nghiên cứu có thể so sánh các kết quả của nó với đo đạc thực nghiệm, Neven nói. Các tuyên bố trước đây về lợi thế lượng tử thường sử dụng các thuật toán xác suất mà không có hai kết quả khớp nhau. Lợi thế lượng tử có thể xác minh “là một trong những thách thức lớn nhất lĩnh vực này trong nhiều năm qua, vì vậy tôi kinh ngạc thấy Google và những người khác có thể tạo ra được tiến triển rõ ràng”, Aaronson nói.
Nhưng từ việc chứng minh này đến bất kỳ ứng dụng có thể thương mại hóa nào, hoặc với một máy tính có khả năng mở rộng quy mô có thể vận hành lượng tính toán lớn bất chấp sự hiện diện của nhiễu, sẽ đem lại “những thách thức mới”, ông nói.
Thanh Hương dịch từ Nature
Nguồn: doi: https://doi.org/10.1038/d41586-025-03300-4
