#Sựkiện #Máytínhlượngtử #IBM #Tiếntrìnhmới #Thiếtkế #Tínhtoánhọc #Kỷnguyên #Côngnghệ
Máy tính lượng tử đã bắt đầu một kỷ nguyên mới, theo thông tin từ IBM. Các máy tính lượng tử ngày nay có phạm vi tính toán nhỏ hơn, chỉ tương đương với vài trăm lượng tử trong khi con chip bên trong điện thoại thông minh của bạn chứa hàng tỷ bóng bán dẫn. Máy tính lượng tử cũng không đáng tin cậy, có thể đưa ra các câu trả lời khác nhau mỗi lần chạy lại cùng một phép tính. Tuy nhiên, nhà nghiên cứu của IBM đã thông báo rằng họ đã tìm ra phương pháp để quản lý tính không đáng tin cậy, đưa đến câu trả lời đáng tin cậy và hữu ích.
Các máy tính lượng tử có khả năng xem xét nhiều khả năng cùng một lúc, do đó, chúng không cần quá lớn để giải quyết các vấn đề tính toán khó khăn nhất định. Đại học Do Thái ở Jerusalem cũng đã thể hiện sự ủng hộ, cho rằng những gì IBM đạt được là một bước tiến quan trọng trong thiết kế thuật toán lượng tử nghiêm túc. Trong khi đó, các nhà nghiên cứu của Google tuyên bố đã đạt được “ưu thế lượng tử” trong năm 2019, các nhà nghiên cứu của IBM cho biết họ đã đạt được một thành tựu mới và hữu ích hơn.
Các máy tính ngày nay được gọi là máy tính kỹ thuật số hoặc cổ điển, vì chúng xử lý thông tin dưới dạng các bit là 1 hoặc 0. Trong khi đó, máy tính lượng tử thực hiện phép tính trên các bit lượng tử hoặc qubit, có khả năng nắm bắt trạng thái thông tin phức tạp hơn. Nhờ khả năng tính toán nhanh hơn, máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề lớn, phức tạp trong các lĩnh vực như hóa học và khoa học vật liệu mà các máy tính thông thường không thể tiếp cận. Tuy nhiên, máy tính lượng tử cũng có thể đe dọa quyền riêng tư thông qua các thuật toán phá vỡ bảo mật.
Các máy tính lượng tử đang đạt được những tiến bộ đáng kinh ngạc. Năm 2019, các nhà nghiên cứu của Google cho biết máy tính lượng tử của họ đã thực hiện một phép tính trong 3 phút 20 giây, một công việc mà các siêu máy tính thông thường cần khoảng 10.000 năm để hoàn thành. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu khác, bao gồm cả IBM, đã bác bỏ tuyên bố này và cho rằng nó không chính xác.
Mới đây, các nhà nghiên cứu của IBM đã công bố một phương pháp giữ câu trả lời đáng tin cậy và hữu ích trong các tính toán lượng tử. Họ đã tìm cách quản lý tính không đáng tin cậy và giảm thiểu lỗi trong quá trình tính to
Nguồn: https://www.nytimes.com/2023/06/14/science/ibm-quantum-computing.html
Máy tính lượng tử ngày nay có phạm vi tính toán nhỏ — con chip bên trong điện thoại thông minh của bạn chứa hàng tỷ bóng bán dẫn trong khi máy tính lượng tử mạnh nhất chứa vài trăm lượng tử tương đương bóng bán dẫn. Họ cũng không đáng tin cậy. Nếu bạn chạy đi chạy lại cùng một phép tính, rất có thể họ sẽ đưa ra các câu trả lời khác nhau mỗi lần.
Nhưng với khả năng nội tại của chúng là xem xét nhiều khả năng cùng một lúc, các máy tính lượng tử không cần phải quá lớn để giải quyết một số vấn đề tính toán hóc búa nhất định, và vào thứ Tư, các nhà nghiên cứu của IBM đã thông báo rằng họ đã nghĩ ra một phương pháp để quản lý tính không đáng tin cậy theo cách mà sẽ dẫn đến câu trả lời đáng tin cậy, hữu ích.
Dorit Aharonov, giáo sư khoa học máy tính tại Đại học Do Thái ở Jerusalem, người không tham gia nghiên cứu cho biết: “Những gì IBM thể hiện ở đây thực sự là một bước quan trọng đáng kinh ngạc theo hướng đạt được tiến bộ đối với thiết kế thuật toán lượng tử nghiêm túc.
Trong khi các nhà nghiên cứu tại Google vào năm 2019 tuyên bố rằng họ đã đạt được “ưu thế lượng tử” — một nhiệm vụ được thực hiện trên máy tính lượng tử nhanh hơn nhiều so với máy tính thông thường — Các nhà nghiên cứu của IBM cho biết họ đã đạt được một thứ mới và hữu ích hơn, mặc dù được đặt tên khiêm tốn hơn.
Jay Gambetta, phó chủ tịch của IBM Quantum cho biết: “Chúng tôi đang bước vào giai đoạn này của điện toán lượng tử mà tôi gọi là tiện ích. “Kỷ nguyên của tiện ích.”
Một nhóm các nhà khoa học IBM làm việc cho Tiến sĩ Gambetta đã mô tả kết quả của họ trong một bài báo được xuất bản vào thứ Tư trên tạp chí Nature.
Các máy tính ngày nay được gọi là kỹ thuật số hoặc cổ điển, bởi vì chúng xử lý các bit thông tin là 1 hoặc 0, bật hoặc tắt. Một máy tính lượng tử thực hiện các phép tính trên các bit lượng tử hoặc qubit, nắm bắt trạng thái thông tin phức tạp hơn. Giống như một thí nghiệm tưởng tượng của nhà vật lý Erwin Schrödinger đã mặc định rằng một con mèo có thể ở trạng thái lượng tử vừa chết vừa sống, một qubit có thể đồng thời là 1 và 0.
Điều đó cho phép máy tính lượng tử thực hiện nhiều phép tính trong một lượt, trong khi máy tính kỹ thuật số phải thực hiện từng phép tính riêng biệt. Bằng cách tăng tốc độ tính toán, máy tính lượng tử có khả năng giải quyết các vấn đề lớn, phức tạp trong các lĩnh vực như hóa học và khoa học vật liệu mà ngày nay không thể tiếp cận được. Máy tính lượng tử cũng có thể có mặt tối bằng cách đe dọa quyền riêng tư thông qua các thuật toán phá vỡ các biện pháp bảo vệ được sử dụng cho mật khẩu và thông tin liên lạc được mã hóa.
Khi các nhà nghiên cứu của Google đưa ra tuyên bố về uy quyền tối cao của họ vào năm 2019, họ cho biết máy tính lượng tử của họ đã thực hiện một phép tính trong 3 phút 20 giây, điều này sẽ mất khoảng 10.000 năm đối với một siêu máy tính thông thường hiện đại nhất.
Nhưng một số nhà nghiên cứu khác, bao gồm cả những người ở IBM, đã bác bỏ tuyên bố này, nói rằng vấn đề đã được giả tạo. Tiến sĩ Aharonov, người cũng là giám đốc chiến lược của Qedma, một công ty điện toán lượng tử, cho biết: “Thử nghiệm của Google, dù rất ấn tượng và thực sự ấn tượng, đang làm một điều gì đó không thú vị đối với bất kỳ ứng dụng nào.
Tính toán của Google hóa ra cũng kém ấn tượng hơn so với lần đầu tiên xuất hiện. Một nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã có thể thực hiện phép tính tương tự trên siêu máy tính phi lượng tử chỉ trong hơn năm phútnhanh hơn nhiều so với 10.000 năm mà nhóm Google đã ước tính.
Các nhà nghiên cứu của IBM trong nghiên cứu mới đã thực hiện một nhiệm vụ khác, một nhiệm vụ khiến các nhà vật lý quan tâm. Họ đã sử dụng một bộ xử lý lượng tử với 127 qubit để mô phỏng hành vi của 127 thanh nam châm ở quy mô nguyên tử — đủ nhỏ để chịu sự chi phối của các quy tắc ma quái của cơ học lượng tử — trong từ trường. Đó là một hệ thống đơn giản được gọi là mô hình Ising, thường được sử dụng để nghiên cứu từ tính.
Vấn đề này quá phức tạp để có thể tính toán được câu trả lời chính xác ngay cả trên những siêu máy tính lớn nhất, nhanh nhất.
Trên máy tính lượng tử, việc tính toán mất chưa đến một phần nghìn giây để hoàn thành. Mỗi phép tính lượng tử đều không đáng tin cậy — dao động của nhiễu lượng tử chắc chắn sẽ xâm nhập và gây ra lỗi — nhưng mỗi phép tính đều nhanh chóng nên có thể thực hiện lặp đi lặp lại.
Thật vậy, đối với nhiều tính toán, tiếng ồn bổ sung đã được thêm vào một cách có chủ ý, khiến cho các câu trả lời thậm chí còn không đáng tin cậy hơn. Nhưng bằng cách thay đổi lượng tiếng ồn, các nhà nghiên cứu có thể tìm ra các đặc điểm cụ thể của tiếng ồn và tác động của nó ở mỗi bước tính toán.
“Chúng tôi có thể khuếch đại tiếng ồn rất chính xác, và sau đó chúng tôi có thể chạy lại cùng một mạch đó,” Abhinav Kandala, người quản lý các khả năng và trình diễn lượng tử tại IBM Quantum và là tác giả của bài báo Nature cho biết. “Và một khi chúng tôi có kết quả về các mức độ tiếng ồn khác nhau này, chúng tôi có thể ngoại suy trở lại kết quả sẽ ra sao nếu không có tiếng ồn.”
Về bản chất, các nhà nghiên cứu đã có thể loại bỏ tác động của tiếng ồn khỏi các tính toán lượng tử không đáng tin cậy, một quá trình mà họ gọi là giảm thiểu lỗi.
Tiến sĩ Aharonov nói: “Bạn phải bỏ qua điều đó bằng cách phát minh ra những cách rất thông minh để giảm thiểu tiếng ồn. “Và đây là những gì họ làm.”
Nhìn chung, máy tính đã thực hiện phép tính 600.000 lần, hội tụ một câu trả lời cho từ hóa tổng thể được tạo ra bởi 127 thanh nam châm.
Nhưng câu trả lời tốt như thế nào?
Để được giúp đỡ, nhóm IBM đã tìm đến các nhà vật lý tại Đại học California, Berkeley. Mặc dù mô hình Ising với nam châm 127 thanh là quá lớn, với quá nhiều cấu hình khả thi, để phù hợp với một máy tính thông thường, các thuật toán cổ điển có thể tạo ra các câu trả lời gần đúng, một kỹ thuật tương tự như cách nén ảnh JPEG loại bỏ dữ liệu ít quan trọng hơn để giảm kích thước của tệp trong khi vẫn giữ được hầu hết các chi tiết của hình ảnh.
Michael Zaletel, giáo sư vật lý tại Berkeley và là tác giả của bài báo Nature, cho biết khi bắt đầu làm việc với IBM, ông nghĩ rằng các thuật toán cổ điển của mình sẽ hoạt động tốt hơn các thuật toán lượng tử.
Tiến sĩ Zaletel nói: “Hóa ra hơi khác một chút so với tôi mong đợi.
Một số cấu hình nhất định của mô hình Ising có thể được giải chính xác và cả thuật toán cổ điển và thuật toán lượng tử đều đồng ý với các ví dụ đơn giản hơn. Đối với các trường hợp phức tạp hơn nhưng có thể giải quyết được, các thuật toán lượng tử và thuật toán cổ điển tạo ra các câu trả lời khác nhau, và chính câu trả lời lượng tử là đúng.
Vì vậy, đối với các trường hợp khác mà các tính toán lượng tử và cổ điển khác nhau và không có giải pháp chính xác nào được biết, thì “có lý do để tin rằng kết quả lượng tử chính xác hơn,” Sajant Anand, một sinh viên tốt nghiệp tại Berkeley, người đã thực hiện nhiều nghiên cứu cho biết. các xấp xỉ cổ điển.
Không rõ ràng rằng điện toán lượng tử có phải là người chiến thắng các kỹ thuật cổ điển cho mô hình Ising hay không.
Ông Anand hiện đang cố gắng thêm một phiên bản giảm thiểu lỗi cho thuật toán cổ điển và có khả năng phiên bản đó có thể phù hợp hoặc vượt qua hiệu suất của các phép tính lượng tử.
Tiến sĩ Zaletel nói: “Không rõ ràng là họ đã đạt được uy quyền lượng tử ở đây.
Về lâu dài, các nhà khoa học lượng tử hy vọng rằng một cách tiếp cận khác, sửa lỗi, sẽ có thể phát hiện và sửa lỗi tính toán, đồng thời mở ra cơ hội cho máy tính lượng tử tăng tốc cho nhiều mục đích sử dụng.
Sửa lỗi đã được sử dụng trong các máy tính truyền thống và truyền dữ liệu để sửa lỗi bị cắt xén. Nhưng đối với máy tính lượng tử, việc sửa lỗi có thể phải mất nhiều năm nữa, đòi hỏi bộ xử lý tốt hơn có thể xử lý nhiều qubit hơn.
Các nhà khoa học của IBM tin rằng giảm thiểu lỗi là một giải pháp tạm thời có thể được sử dụng ngay bây giờ cho các vấn đề ngày càng phức tạp ngoài mô hình Ising.
Tiến sĩ Gambetta nói: “Đây là một trong những vấn đề khoa học tự nhiên đơn giản nhất tồn tại. “Vì vậy, đó là một điều tốt để bắt đầu. Nhưng bây giờ câu hỏi là, làm thế nào để bạn khái quát hóa nó và đi đến những vấn đề khoa học tự nhiên thú vị hơn?”
Chúng có thể bao gồm việc tìm ra các đặc tính của vật liệu kỳ lạ, đẩy nhanh quá trình khám phá thuốc và lập mô hình phản ứng tổng hợp.
[ad_2]
