Vừa mới dành vài giờ để tìm hiểu những gì thực sự đã xảy ra trong lĩnh vực tính toán lượng tử năm ngoái, và thành thật mà nói, năm 2024 cảm giác khác biệt so với tất cả các chu kỳ hype chúng ta từng thấy trước đây. Không phải vì một thông báo nào đó, mà vì ba đột phá riêng biệt đã xảy ra trong vòng vài tháng — mỗi cái đến từ một công ty khác nhau sử dụng các phương pháp phần cứng hoàn toàn khác nhau. Khi điều đó xảy ra đồng thời, thường có nghĩa là lĩnh vực này thực sự đang tiến bộ, chứ không chỉ là lặp lại cùng một câu chuyện.

Hãy để tôi phân tích các đột phá mới nhất trong tính toán lượng tử 2024 thực sự quan trọng.

Willow của Google ra mắt đầu tháng 12 và đó là cái mà mọi người đều nói đến. Bộ xử lý siêu dẫn 105-qubit, được xây dựng tại UC Santa Barbara. Thành tựu thực sự không chỉ là tốc độ — mà còn là bằng chứng của điều gì đó các nhà nghiên cứu đã theo đuổi suốt 30 năm. Khi Google thêm nhiều qubits vào Willow, tỷ lệ lỗi giảm thay vì tăng. Đó là điều ngược lại với những gì đã xảy ra mãi mãi. Nhiều qubits hơn luôn đi kèm với nhiều nhiễu, nhiều bất ổn, lỗi lan truyền. Willow đã phá vỡ mô hình đó. Họ gọi đó là "hoạt động dưới ngưỡng", và tiêu chuẩn đặt ra thật điên rồ: một phép tính lấy mẫu mạch ngẫu nhiên mà các siêu máy tính cổ điển sẽ mất 10²⁵ năm, Willow thực hiện trong chưa đầy năm phút. Cũng được công bố trên tạp chí Nature, điều này quan trọng vì các tuyên bố về lượng tử trước đó đã bị chỉ trích đúng mức.

Thật lòng mà nói, Willow vẫn còn hạn chế trong khả năng của nó. Nó chứng minh rằng một số phép tính là không thể xử lý bằng phương pháp cổ điển, nhưng nó chưa chạy các ứng dụng như khám phá thuốc hay mô hình khí hậu. Giá trị thực sự nằm ở kiến trúc — nó cho thấy tính toán lượng tử sửa lỗi quy mô lớn không còn chỉ là lý thuyết nữa.

Tiếp theo là công trình của Microsoft và Quantinuum, ít được truyền thông chú ý hơn nhưng có lẽ thu hút sự quan tâm nhiều hơn từ những người thực sự trong ngành. Tháng 4 năm 2024, họ đã trình diễn các qubits hợp lý với tỷ lệ lỗi thấp hơn 800 lần so với các qubits vật lý mà chúng được xây dựng từ đó. Đây là điểm khác biệt quan trọng: qubits vật lý là các đơn vị phần cứng nhiễu, qubits hợp lý được xây dựng bằng cách kết hợp nhiều qubits vật lý với độ dư thừa để phát hiện và sửa lỗi. Chi phí ban đầu luôn là vấn đề — bạn cần rất nhiều qubits vật lý để xây dựng một qubit hợp lý, điều này dường như không khả thi. Một cải tiến 800 lần thay đổi phép tính đó.

Microsoft tiếp tục thúc đẩy điều này. Đến tháng 11, hợp tác với Atom Computing, họ đã tạo ra trạng thái rối của 24 qubits hợp lý bằng cách sử dụng các nguyên tử ytterbium trung tính siêu lạnh — hoàn toàn khác biệt về phần cứng so với cách tiếp cận của Google. Đó chính là điểm mấu chốt: nhiều con đường khả thi hướng tới tính toán lượng tử chịu lỗi đang cùng tiến bộ cùng lúc. Lĩnh vực này không còn đặt cược tất cả vào một kiến trúc duy nhất nữa.

Đóng góp của IBM thì ít ỏi hơn nhưng cũng quan trọng không kém. Bộ xử lý Heron R2 ra mắt tháng 11 — 156 qubits, và điều đáng chú ý là: tỷ lệ lỗi của cổng 2Q giảm xuống còn 8×10⁻⁴, và các tác vụ trước đây mất hơn 120 giờ giờ đây chỉ chạy trong 2,4 giờ. Tốc độ tăng khoảng 50 lần. Họ cũng công bố một mã sửa lỗi mới gọi là mã "bicycle song phương" qLDPC giúp giảm chi phí mã hóa qubits hợp lý xuống gấp 10 lần. Đó là loại đột phá về hiệu quả khiến tính toán lượng tử chịu lỗi trông ít như thể là khoa học viễn tưởng xa vời và nhiều hơn như một vấn đề kỹ thuật có lộ trình giải pháp rõ ràng.

Sau đó, NIST đã công bố các tiêu chuẩn mã hóa chống lượng tử vào tháng 8 năm 2024, và điều này ít người để ý đến nhất. Họ chính thức công bố các thuật toán đầu tiên được thiết kế để chống lại các cuộc tấn công của máy tính lượng tử. ML-KEM và ML-DSA đến từ các nhà mật mã học của IBM Research. Tại sao điều này quan trọng? Bởi đây là lần đầu tiên một tổ chức tiêu chuẩn toàn cầu chính thức thừa nhận rằng các máy tính lượng tử có khả năng phá vỡ mã hóa hiện tại không còn chỉ là lý thuyết nữa. Các chính phủ và doanh nghiệp cần bắt đầu chuyển đổi ngay bây giờ, trước khi các máy này xuất hiện. Thời gian cho quá trình chuyển đổi này thường là một thập kỷ hoặc hơn, vì vậy NIST đã bắt đầu đếm ngược.

Đối với những ai theo dõi blockchain và tài sản kỹ thuật số, điều này liên quan trực tiếp. Mã hóa hiện tại bảo vệ ví và giao dịch cuối cùng rồi sẽ cần các phương án chống lượng tử. Quá trình chuyển đổi đó đã chính thức bắt đầu.

Lời nhận xét trung thực: các đột phá mới nhất trong tính toán lượng tử 2024 không có nghĩa là lượng tử đã "đến nơi" trong việc giải quyết các vấn đề thực tế quy mô lớn. Willow chưa chạy các ứng dụng khám phá thuốc. 50 qubits hợp lý của Quantinuum có thể phát hiện lỗi nhưng vẫn còn khó khăn để thực hiện sửa lỗi hoàn chỉnh. Phương pháp nguyên tử trung tính của Microsoft yêu cầu hạ tầng laser chưa tồn tại ở quy mô lớn. Starling của IBM, hệ thống sửa lỗi hoàn chỉnh đầu tiên của họ, chưa ra mắt đến năm 2029.

Nhưng điều mà năm 2024 thực sự chứng minh còn quan trọng hơn những gì nó chưa làm được. Lĩnh vực này đã ngừng tiến theo một hướng và bắt đầu tiến bộ đồng thời ở mọi nơi — phần cứng, sửa lỗi, qubits hợp lý, hiệu quả phần mềm, tiêu chuẩn mật mã. Nó đã chuyển từ chỉ là lý thuyết vật lý thuần túy thành một ngành kỹ thuật với các mốc có thể kiểm chứng. Đó mới là bước đột phá thực sự. Câu hỏi đã chuyển từ "liệu điều này có khả thi không?" sang "phương pháp nào mở rộng nhanh nhất?" Một cuộc trò chuyện hoàn toàn khác. Nếu bạn đang theo dõi cách lượng tử và AI đang định hình lại hạ tầng tài chính, những phát triển này chính là nền tảng thay đổi mọi thứ về an ninh tài sản kỹ thuật số trong vài năm tới.