Vì vậy, tôi đã đào sâu vào những đột phá mới nhất trong lĩnh vực máy tính lượng tử năm 2024 và thành thật mà nói, năm nay cảm giác khác biệt so với chu kỳ hype thường lệ. Thay vì một thông báo lớn rồi nhanh chóng chìm vào quên lãng, chúng ta đã có ba phát triển lớn hoàn toàn riêng biệt từ các công ty khác nhau sử dụng các phương pháp phần cứng hoàn toàn khác nhau. Đó là kiểu mẫu thực sự báo hiệu một lĩnh vực đang tiến về phía trước thay vì chỉ quay vòng trong vòng lặp vô tận.

Hãy để tôi phân tích những gì thực sự đã xảy ra vì chi tiết quan trọng hơn cả tiêu đề. Google đã ra mắt Willow vào tháng 12—một chip siêu dẫn 105-qubit làm điều gì đó mà lĩnh vực đã theo đuổi suốt khoảng 30 năm. Khi họ thêm nhiều qubit hơn, tỷ lệ lỗi lại giảm thay vì tăng. Nghe có vẻ hiển nhiên cho đến khi bạn nhận ra đó là điều ngược lại với những gì máy tính lượng tử đã làm suốt đời. Nhiều qubit hơn luôn đi kèm với nhiều nhiễu, lỗi lan truyền, độ tin cậy thấp hơn. Willow đã thay đổi phương trình đó bằng kiến trúc sửa lỗi của họ. Họ thực hiện một phép tính trong chưa đầy năm phút, trong khi các siêu máy tính cổ điển cần tới 10 sextillion năm để hoàn thành. Đúng vậy, 10 lũy thừa 25. Bài báo của Nature cũng quan trọng—những tuyên bố về siêu quyền lực lượng tử trước đó đã bị chỉ trích hợp pháp, vì vậy việc có phương pháp đã qua bình duyệt thực sự mang ý nghĩa lớn.

Nhưng vấn đề là: thử nghiệm của Willow vẫn còn hạn chế. Nó chứng minh rằng một số phép tính nhất định không thể giải quyết bằng phương pháp cổ điển, chứ không phải chúng ta đột nhiên đang giải quyết các vấn đề như khám phá thuốc hay mô hình khí hậu ngày mai. Giá trị thực sự nằm ở kiến trúc—nó chứng minh rằng máy tính lượng tử sửa lỗi quy mô lớn không còn chỉ là lý thuyết nữa.

Tiếp theo là công trình của Microsoft và Quantinuum từ tháng 4, ít được truyền thông chú ý hơn nhưng có thể thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu thực thụ hơn. Họ đã xây dựng các qubit hợp lý với tỷ lệ lỗi thấp hơn 800 lần so với các qubit vật lý bên dưới chúng. Đây là ranh giới thực sự trong lĩnh vực máy tính lượng tử—qubit vật lý dễ bị nhiễu và mong manh, trong khi qubit hợp lý mã hóa thông tin một cách dư thừa để lỗi có thể bị bắt và sửa. Vấn đề luôn là bạn cần quá nhiều qubit vật lý để xây dựng một qubit hợp lý, khiến chi phí vượt quá khả năng. Một cải tiến 800 lần thay đổi hoàn toàn phép tính đó.

Microsoft tiến xa hơn vào tháng 11, hợp tác với Atom Computing để tạo ra và liên kết 24 qubit hợp lý với độ trung thực 99,963% trong các thao tác trên một qubit đơn. Kiến trúc phần cứng hoàn toàn khác, điều này quan trọng vì nó có nghĩa là nhiều con đường khả thi đang hoạt động đồng thời thay vì đặt cược tất cả vào một phương pháp duy nhất. Sau đó, Quantinuum đã đạt 50 qubit hợp lý liên kết trong tháng 12. Điều này không còn là tương lai nữa—đây là hiện tại.

Đóng góp của IBM thì ít ồn ào hơn nhưng đáng chú ý. Bộ xử lý Heron R2 của họ đạt 156 qubit vào tháng 11 với tốc độ tăng gấp 50 lần cho các khối lượng công việc trước đây mất 120 giờ. Quan trọng hơn là mã sửa lỗi mới của họ—mã qLDPC xe đạp hai biến—đạt được cùng mức giảm lỗi như các mã truyền thống nhưng với ít hơn gấp 10 lần chi phí. Lợi ích về hiệu quả này khiến máy tính lượng tử chịu lỗi trở thành một vấn đề kỹ thuật có thể giải quyết được thay vì một điều không thể lý thuyết.

Điều bị bỏ qua là: NIST đã công bố các tiêu chuẩn mã hóa lượng tử hậu-quantum đầu tiên vào tháng 8. Điều này quan trọng vì đây là lần đầu tiên một tổ chức tiêu chuẩn lớn chính thức thừa nhận rằng 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. Thời gian từ khi tiêu chuẩn được công bố đến khi triển khai rộng rãi thường là một thập kỷ hoặc hơn, vì vậy đồng hồ đã bắt đầu đếm từ năm 2024.

Nhìn chung, các đột phá mới nhất trong lĩnh vực máy tính lượng tử 2024 đã chứng minh rằng lĩnh vực này đã ngừng đi theo một hướng duy nhất và bắt đầu tiến bộ đồng thời trên tất cả các chiều—phần cứng, sửa lỗi, qubit hợp lý, hiệu quả phần mềm. Nó đã chuyển từ hoạt động như vật lý lý thuyết sang hoạt động như kỹ thuật với các mốc quan trọng có thể xác minh độc lập.

Điều này có nghĩa là máy tính lượng tử đã thực sự đến chưa? Không hẳn. Willow vẫn chưa chạy các ứng dụng khám phá thuốc. Qubit hợp lý của Quantinuum có thể phát hiện lỗi nhưng sửa lỗi hoàn chỉnh vẫn đang trong quá trình phát triển. Các hệ thống atom trung hòa của Microsoft cần hạ tầng chưa tồn tại ở quy mô lớn. Bộ xử lý Starling đã được sửa lỗi hoàn toàn của IBM dự kiến ra mắt vào năm 2029.

Nhưng điều thực sự quan trọng trong năm 2024 là chứng minh rằng lĩnh vực có thể tiến bộ đồng thời trên nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau. Câu hỏi đã chuyển từ việc liệu máy tính lượng tử sửa lỗi quy mô lớn có khả thi hay không sang việc phương pháp nào mở rộng nhanh nhất và khi nào các ứng dụng thực tế mới xứng đáng đầu tư. Đó là một cuộc trò chuyện hoàn toàn khác so với vài năm trước.