Thiết kế con chip máy tính lượng tử hoàn chỉnh đầu tiên

Và họ ví sự kiện này như cuộc “đổ bộ lên Mặt trăng” trong điện toán lượng tử.

Chưa nói đến chi tiết, về cơ bản, thành tựu đó nói lên rằng sức mạnh của điện toán lượng tử có thể được mở khóa bằng chính những công nghệ tạo nên nền tảng của máy tính để bàn và điện thoại thông minh.

"Đây là nỗ lực đầu tiên để tích hợp tất cả các mạch điện tử silic thông thường cần thiết để kiểm soát và đọc hàng triệu qubit dùng cho điện toán lượng tử vào một con chip duy nhất. Chúng tôi cho rằng vẫn cần chỉnh sửa thiết kế này trước khi tiến tới sản xuất, nhưng tất cả các thành phần thiết yếu cho điện toán lượng tử đều nằm trong con chip này rồi” - GS Andrew Dzurak, một trong hai đồng tác giả của thiết kế này, cho biết tại cuộc họp báo hôm 16/12.

Nói một cách đơn giản, các transistor silic thông thường được sử dụng để điều khiển một lưới phẳng các qubit theo cùng một cách mà các cổng logic quản lý các bit bên trong bộ vi xử lý của máy tính để bàn.

“Chúng ta thường nghĩ việc hạ cánh lên Mặt trăng là thành tựu công nghệ lớn nhất của con người”, nhưng việc thiết kế ra con chip máy tính tượng tử cũng đáng kinh ngạc không kém, GS Dzurak phát biểu tại cuộc họp báo. “Cho dù bạn có đồng ý rằng thành tựu đó có so bì được với chuyến du hành vào không gian hay không thì bước tiến này vẫn là nhảy vọt đối với điện toán.”

Trong khi điện toán truyền thống là nhị phân, miêu tả Vũ trụ bằng một trong hai biểu tượng, là các số 1 và 0, điện toán lượng tử cho phép một lớp phức tạp được biểu diễn bằng phổ (hay là lớp sương mù) các xác suất đó. Các hạt lượng tử tồn tại trong một “màn sương” các khả năng cho đến khi chúng được kết nối với một hệ thống định nghĩa các tính chất của chúng, tức là chỉ khi ta đo thì tính chất lượng tử mới được xác định. Sương mù các khả năng này có những đặc tính toán học vô cùng hữu ích, nếu biết cách khai thác chúng.

Vấn đề là lớp sương mù lượng tử này, hay còn được gọi là qubit, vô cùng tinh tế. Toàn bộ hành động mà ta gọi là 'đo lường' không phải là một công việc chính xác, nghĩa là hạt lượng tử có thể hợp nhất thành thực tại một cách tình cờ. Để đảm bảo các qubit bất ổn không gây ra quá nhiều lỗi, chúng cần được sắp xếp sao cho trở nên ổn định hơn.

"Vì vậy, chúng ta cần phải sử dụng các mã sửa lỗi có sử dụng nhiều qubit để lưu trữ một dữ liệu duy nhất. Bản thiết kế chip của chúng tôi chứa một loại mã sửa lỗi mới được thiết kế đặc biệt cho spin [một đặc tính lượng tử] của qubit, và bao gồm một giao thức hoạt động tinh vi trên hàng triệu qubit," Dzurak giải thích.

Bài báo về thiết kế con chip cho máy tính lượng tử của GS Andrew Dzurak và TS Menno Veldhorst đã được công bố trên Nature Communications.

Việc xây dựng một máy tính lượng tử phổ cập được gọi là “cuộc chạy đua không gian của thế kỷ 21”.

Đối với một số tính toán, máy tính lượng tử sẽ giải quyết nhanh hơn nhiều so với các máy tính hiện tại; và đối với một số vấn đề thách thức thì máy tính lượng tử có thể tìm ra giải pháp chỉ trong ít ngày, thậm chí ít giờ, trong khi các siêu máy tính tốt nhất ngày nay phải mất hàng triệu năm.

Vậy là với thiết kế con chip hoàn chỉnh đầu tiên, chúng ta đã chính thức có điện toán lượng tử ư? Không hẳn. Đây mới là một thiết kế sơ khai, và như các tác giả thừa nhận, cần tiếp tục được chỉnh sửa trước khi bắt đầu sản xuất.

Mặc dù vậy, thiết kế này vẫn là một thành tựu lớn trong hành trình hướng tới việc tạo ra điện toán lượng tử có thể tiếp cận. Khi điện toán lượng tử được ứng dụng rộng rãi thì cuộc sống sẽ có nhiều tiềm năng để thay đổi. Máy tính lượng tử hứa hẹn sẽ trả lời một số câu hỏi dường như bất khả về vũ trụ, đồng thời cũng làm cho các thiết bị chúng ta sử dụng đáng tin cậy đến mức không tưởng thông qua khả năng sửa lỗi mạnh mẽ.

Thiết kế này chỉ là một bước, nhưng là bước quan trọng hướng tới tương lai lượng tử.