Jiuzhang 4.0 và bước nhảy vọt mới của máy tính lượng tử quang học

Trong hệ thống này, các trạng thái ánh sáng được đưa vào một mạch quang học lớn và sau đó các photon được phát hiện ở đầu ra, tạo ra các mẫu dữ liệu đặc trưng của quá trình lượng tử.

Kỷ lục mới được thiết lập như thế nào

Thành tựu nổi bật của Jiuzhang 4.0 là thí nghiệm “Gaussian boson sampling với 3.050 photon có thể lập trình” .

Một số đặc điểm kỹ thuật đáng chú ý gồm:

• Thí nghiệm sử dụng 1.024 trạng thái ánh sáng nén hiệu suất cao làm đầu vào cho hệ thống .
• Các trạng thái này được đưa vào một bộ xử lý quang học có 8.176 mode, cho phép xử lý lượng lớn trạng thái lượng tử .
• Kết quả là hệ thống có thể phát hiện và thao tác trạng thái lượng tử của tới 3.050 photon trong quá trình lấy mẫu .

Theo báo cáo nghiên cứu, thí nghiệm này cung cấp bằng chứng mạnh mẽ hơn về lợi thế tính toán lượng tử, ngay cả khi tính đến nhiễu hệ thống và các thuật toán mô phỏng cổ điển ngày càng cải tiến .

So sánh với Jiuzhang 3.0

Jiuzhang 4.0 là bước tiến lớn so với phiên bản trước.

• Jiuzhang 3.0 (2023): phát hiện tối đa 255 photon trong thí nghiệm boson sampling .
• Jiuzhang 4.0: nâng con số này lên 3.050 photon, tức hơn 10 lần quy mô photon trước đó .

Ngoài sự tăng trưởng về số photon, hệ thống mới còn được mô tả là có khả năng lập trình, giúp linh hoạt hơn trong việc thiết lập thí nghiệm lượng tử .

Tuy nhiên, các nguồn hiện có không cung cấp đầy đủ so sánh chi tiết từng linh kiện hoặc kiến trúc giữa Jiuzhang 3.0 và Jiuzhang 4.0 ngoài các điểm chính như quy mô photon và tính lập trình.

Tốc độ so với siêu máy tính cổ điển

Trong bài toán Gaussian boson sampling, các hệ thống lượng tử quang học có thể vượt xa khả năng mô phỏng của máy tính cổ điển.

• Một số báo cáo cho biết Jiuzhang 4.0 giải bài toán này nhanh hơn hơn 10^54 lần so với siêu máy tính mạnh nhất hiện nay .
• Các nghiên cứu trước đây cũng cho thấy những thí nghiệm GBS chạy trong vài phút có thể mất hàng trăm triệu năm nếu mô phỏng bằng thuật toán cổ điển trước đây .

Điều này không có nghĩa là máy tính lượng tử đã thay thế hoàn toàn siêu máy tính trong mọi lĩnh vực. Thay vào đó, lợi thế hiện tại chủ yếu được chứng minh trên những bài toán chuyên biệt như boson sampling.

Vì sao cột mốc này quan trọng

Kết quả của Jiuzhang 4.0 có ý nghĩa ở vài khía cạnh lớn đối với nghiên cứu máy tính lượng tử:

• Quy mô photon lớn hơn khiến việc mô phỏng bằng máy tính cổ điển trở nên khó khăn hơn nhiều .
• Thí nghiệm giúp củng cố bằng chứng về lợi thế tính toán lượng tử trong điều kiện thực tế có nhiễu và mất photon .
• Nó cho thấy phần cứng lượng tử quang học có thể mở rộng quy mô, một bước cần thiết cho các hệ thống lượng tử mạnh hơn trong tương lai.

Dù vậy, Jiuzhang 4.0 không phải là máy tính lượng tử đa năng có khả năng sửa lỗi hoàn chỉnh. Nó chủ yếu là một nền tảng thí nghiệm mạnh mẽ để chứng minh lợi thế lượng tử trong các bài toán lấy mẫu quang học .

Nói ngắn gọn: Jiuzhang 4.0 đại diện cho một bước tiến lớn trong lĩnh vực máy tính lượng tử quang học, nhưng vẫn là một phần của hành trình dài hướng tới các máy tính lượng tử đa mục đích thực sự.