Tôi đã theo dõi lĩnh vực tính toán lượng tử trong một thời gian, và điều gì đó thực sự đã thay đổi vào năm 2024. Không phải là chu kỳ hype thường thấy khi một công ty phát hành thông cáo báo chí rồi chẳng có gì xảy ra trong một năm tiếp theo. Lần này, ba đội ngũ hoàn toàn khác nhau từ ba công ty khác nhau đã đạt các mốc quan trọng gần như cùng lúc bằng các phương pháp kỹ thuật hoàn toàn khác nhau. Đó là loại tín hiệu cho thấy một lĩnh vực thực sự đang tiến lên.

Hãy để tôi phân tích những gì thực sự đã xảy ra và tại sao điều đó lại quan trọng, đặc biệt nếu bạn quan tâm đến hướng đi của an ninh kỹ thuật số và hạ tầng blockchain.

Thông báo Willow của Google vào tháng 12 gây ấn tượng mạnh nhất. Họ đã xây dựng một bộ xử lý 105-qubit làm điều gì đó các nhà nghiên cứu đã theo đuổi suốt gần 30 năm: chứng minh rằng việc thêm nhiều qubit thực sự giảm lỗi thay vì làm mọi thứ nhiễu hơn. Nghe có vẻ trivial cho đến khi bạn nhận ra đó đã là rào cản chính của toàn bộ lĩnh vực. Nhiều qubit hơn luôn đi kèm với nhiều vấn đề hơn. Willow đã phá vỡ mô hình đó.

Bảng chuẩn mà họ chạy thu hút tất cả sự chú ý - một phép tính mà theo lý thuyết sẽ mất của máy tính cổ điển 10 septillion năm. Nhưng thành tựu thực sự lại yên lặng và quan trọng hơn: họ đã chứng minh được hoạt động dưới ngưỡng. Kiến trúc thực sự hoạt động ở quy mô lớn. Họ đã công bố toàn bộ chi tiết kỹ thuật trong tạp chí Nature, điều này quan trọng vì các tuyên bố lượng tử trước đó đã gặp phải chỉ trích hợp lệ. Lần này, phương pháp luận được mở để kiểm tra.

Cùng thời điểm đó, Microsoft và Quantinuum đã âm thầm gặt hái nhiều thành công. Đầu năm 2024, họ công bố kết quả cho thấy các qubit logic có tỷ lệ lỗi thấp hơn 800 lần so với các qubit vật lý nền tảng. Rồi vào tháng 11, hợp tác với Atom Computing, họ tạo ra và rối lượng tử 24 qubit logic sử dụng nguyên tử trung tính - một phương pháp phần cứng hoàn toàn khác so với thiết kế siêu dẫn của Google. Đến tháng 12, Quantinuum còn tiến xa hơn nữa: 50 qubit logic rối lượng tử.

Điều quan trọng ở đây là nhiều con đường đang hoạt động đồng thời. Google đang làm về siêu dẫn. Microsoft và các đối tác đang khám phá nguyên tử trung tính và các phương pháp topological. Đó không phải là cạnh tranh thu hẹp về một người chiến thắng - đó là lĩnh vực đang trưởng thành.

Đóng góp của IBM ít nổi bật hơn nhưng có thể còn phù hợp hơn cho việc triển khai thực tế. Bộ xử lý Heron R2 của họ đạt 156 qubit vào tháng 11 với các cải tiến về hiệu suất đo lường được: lỗi cổng 2-qubit giảm đáng kể, và các khối lượng công việc từng mất hơn 120 giờ giờ chỉ còn 2,4 giờ. Họ cũng công bố một mã sửa lỗi mới giảm đáng kể chi phí cho qubit vật lý, khoảng 10 lần. Đó là loại hiệu quả kỹ thuật mà biến các hệ thống lý thuyết thành hệ thống thực tế.

Phần phát triển mà không ai nói đến nhưng mọi người nên biết: NIST chính thức công bố các tiêu chuẩn mã hóa hậu lượng tử vào tháng 8 năm 2024. Hai trong số ba thuật toán đến từ nhóm mã hóa của IBM. Đây là lần đầu tiên một tổ chức tiêu chuẩn toàn cầu chính thức thừa nhận rằng máy tính lượng tử có khả năng phá vỡ mã hóa hiện tại không còn là lý thuyết nữa. Các chính phủ và doanh nghiệp cần bắt đầu chuyển đổi hạ tầng mã hóa của họ ngay bây giờ, trước khi các máy tính lượng tử có khả năng mã hóa quan trọng xuất hiện. Thời gian này thường là một thập kỷ hoặc hơn từ khi tiêu chuẩn được công bố đến khi triển khai rộng rãi.

Đối với những ai theo dõi blockchain và tài sản kỹ thuật số, điều này liên quan trực tiếp. Mã hóa ví hiện tại, chữ ký giao dịch và bảo mật hợp đồng thông minh đều dựa trên mã hóa bất đối xứng mà máy tính lượng tử cuối cùng sẽ phá vỡ. Quá trình chuyển đổi hạ tầng đã chính thức bắt đầu.

Nhưng đây là phần chân thực: điều này không có nghĩa là tính toán lượng tử "đã đến" trong việc giải quyết các vấn đề thực tế. Willow của Google không chạy mô phỏng khám phá thuốc hay mô hình khí hậu. 50 qubit logic của Quantinuum có thể phát hiện lỗi, nhưng sửa lỗi hoàn chỉnh - phát hiện và sửa mà không phá hủy trạng thái lượng tử - vẫn đang được nghiên cứu. Phương pháp nguyên tử trung tính của Microsoft cần hạ tầng laser mà chưa tồn tại ở quy mô lớn.

Điều thực sự năm 2024 chứng minh là quan trọng hơn: lĩnh vực đã ngừng tiến bộ theo một hướng và bắt đầu tiến bộ theo tất cả các hướng cùng lúc. Cải tiến phần cứng, đột phá trong sửa lỗi, mở rộng qubit logic, và tiêu chuẩn mã hóa đều tiến lên cùng lúc. Cộng đồng nghiên cứu đã chuyển từ việc hành xử như các nhà vật lý lý thuyết sang hành xử như các kỹ sư với các mốc quan trọng có thể đo lường được.

Các đột phá mới nhất trong tính toán lượng tử 2024 mở ra một giai đoạn tiếp theo rõ ràng. Google đang hướng tới hoạt động hoàn toàn chịu lỗi. Microsoft đặt mục tiêu có 50-100 qubit logic rối lượng tử trong hệ thống thương mại trong vài năm tới. Bộ xử lý Starling của IBM dự kiến ra mắt năm 2029 với 200 qubit đã sửa lỗi, nhằm chuyển từ khả năng lượng tử sang lợi thế thương mại thực sự.

Câu hỏi thực sự không còn là liệu tính toán lượng tử sửa lỗi quy mô lớn có khả thi nữa - năm 2024 đã giải quyết điều đó qua nhiều phương pháp phần cứng. Câu hỏi bây giờ là phương pháp nào mở rộng nhanh nhất và các ứng dụng đủ lý do để đầu tư sẽ xuất hiện nhanh như thế nào. Đặc biệt đối với an ninh tài sản kỹ thuật số, cuộc đua chuyển đổi tiêu chuẩn mã hóa trước khi các hệ thống lượng tử có khả năng mã hóa quan trọng xuất hiện đang diễn ra gấp rút. Nếu bạn quản lý hạ tầng blockchain hoặc tài sản kỹ thuật số, khoảng thời gian chuyển đổi này đáng để theo dõi sát sao.