Các nhà nghiên cứu Trung Quốc tạo ra siêu máy tính lượng tử được dẫn động bởi mạch quang

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ các viện nghiên cứu khác nhau trên khắp Trung Quốc gần đây đã chứng minh sự vượt trội của lượng tử nhờ một máy tính lượng tử quang. Một bài báo gần đây được công bố trên tạp chí Science mô tả máy tính lượng tử này là “Jiuzhang”.

Theo LiveScience, máy tính lượng tử này, được thiết kế chủ yếu bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ, được báo cáo là mạnh hơn đáng kể so với máy tính lượng tử được thiết kế bởi Google vào năm 2019. Vào năm 2019, Google tuyên bố rằng họ đã thiết kế máy tính đầu tiên đạt được “sự vượt trội của lượng tử”, ám chỉ việc sử dụng máy tính dựa trên lượng tử để vượt qua máy tính siêu hiện đại truyền thống. Theo báo cáo, Jiuzhang nhanh hơn khoảng 10 tỷ lần so với máy tính lượng tử được thiết kế bởi Google.

Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã đầu tư大量 vào lĩnh vực máy tính lượng tử, tài trợ cho nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia về Khoa học Thông tin Lượng tử của quốc gia này với khoảng 10 tỷ đô la. Ngoài ra, Trung Quốc hiện là một trong những quốc gia hàng đầu về mạng lượng tử. Mạng lượng tử sử dụng cơ học lượng tử để mã hóa dữ liệu khi nó được truyền qua khoảng cách dài.

Máy tính lượng tử tận dụng các tính chất độc đáo của các hạt lượng tử để có hiệu suất tốt hơn so với máy tính truyền thống. Máy tính cổ điển chỉ có thể xử lý dữ liệu tồn tại trong một trong hai trạng thái khác nhau. Bit trong hệ thống nhị phân này sử dụng số 1 và số 0 để đại diện cho dữ liệu và nó bị hạn chế vốn có so với bit lượng tử (qubit), có thể tồn tại trong nhiều trạng thái cùng một lúc. Tính chất này cho phép máy tính lượng tử xử lý các vấn đề phức tạp hơn và thực hiện các nhiệm vụ nhanh hơn nhiều so với thậm chí là máy tính siêu hiện đại tốt nhất ngày nay.

Từ lâu đã được suy đoán rằng máy tính lượng tử có thể đánh bại máy tính hiện đại một cách đáng kể, nhưng việc sản xuất một máy tính lượng tử đáng tin cậy là một thách thức kỹ thuật vẫn đang diễn ra. Máy tính lượng tử thường cần được đặt trong môi trường được kiểm soát để ngăn chặn sự thay đổi của nhiệt độ hoặc các biến số môi trường khác có thể làm hỏng tính toán của máy tính lượng tử. Các nhóm nghiên cứu trên toàn cầu đã thử nghiệm với các cách khác nhau để xây dựng máy tính lượng tử. Trong khi máy tính lượng tử của Google dựa trên vật liệu siêu dẫn tích hợp với chip, Jiuzhang dựa trên mạch quang.

Để kiểm tra Jizhang, nhóm nghiên cứu đã yêu cầu nó tính toán đầu ra của một mạch sử dụng ánh sáng và trả về một danh sách số. Quá trình này được gọi là Gaussian Boson Sampling. Mục tiêu là phát hiện càng nhiều photon càng tốt. Jiuzhang là một mạch quang bản thân nó và nó đã quản lý để phát hiện trung bình 43 photon, đạt kỷ lục 76 photon.

Theo bài báo được công bố trên Science, mất khoảng 200 giây để tạo ra danh sách số cho mỗi lần chạy thử của máy tính lượng tử. Máy tính siêu hiện đại truyền thống sẽ mất khoảng 2,5 tỷ năm để tạo ra cùng một danh sách số. Nếu tốc độ tính toán tương tự giữ đúng cho các nhiệm vụ khác, máy tính lượng tử có thể thực hiện các tính toán nhanh hơn khoảng 100 nghìn tỷ lần so với máy tính siêu hiện đại truyền thống.

Điều quan trọng cần lưu ý là Jiuzhang chỉ có thể thực hiện một loạt các nhiệm vụ hẹp mà nó được phát triển, những nhiệm vụ tập trung vào Gaussian Boson Sampling. Jiuzhang không phải là một máy tính lượng tử chung. Tuy nhiên, nó là một bước tiến hacia việc tạo ra máy tính lượng tử thực tế.

Theo TechXplore, máy tính Jiuzhang không phải là ví dụ duy nhất về các tiến bộ trong công nghệ máy tính dựa trên ánh sáng có tiềm năng tác động đến trí tuệ nhân tạo. Một nhóm các nhà nghiên cứu đã xem xét các tiến bộ gần đây về việc áp dụng máy tính quang học vào các công nghệ tính toán hình ảnh, cho thấy rằng các nền tảng máy tính quang học có thể kết hợp với các mạng nơ-ron sâu.

Nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu một số ví dụ về máy tính quang học cùng với AI để tìm ra rằng suy luận AI dựa trên ánh sáng di chuyển trên các thiết bị quang học có thể được sử dụng để tạo ra các hình thức mới của công nghệ tính toán hình ảnh. Điều này bao gồm các mạng nơ-ron quang học có thể xử lý và phân loại các đối tượng nhanh chóng mà không cần nguồn điện bên ngoài, dựa vào ánh sáng đến để cung cấp năng lượng cho các tính toán.

Các thiết bị AI hoạt động trong các hệ thống như nhà thông minh, cảm biến từ xa và phương tiện tự động có thể tăng cường sức mạnh của một máy tính điện tử thông thường bằng cách sử dụng ánh sáng để phân tích nhanh các đối tượng và môi trường xung quanh đối tượng đó. Các hệ thống máy tính quang học lai có thể tận dụng sự linh hoạt của máy tính truyền thống với sự song song và tốc độ của máy tính quang học.