Mục lục
Các nhà khoa học từ Đại học California, Riverside vừa công bố một phát hiện có thể đẩy nhanh tiến trình hiện thực hóa Máy tính Lượng tử quy mô lớn. Thay vì phải chờ đợi những con chip hoàn hảo, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng có thể xây dựng các hệ thống lượng tử lớn hơn từ những chip nhỏ hiện có – ngay cả khi kết nối và phần cứng chưa hoàn hảo tuyệt đối.
Khả năng mở rộng Máy tính Lượng tử không còn bị giới hạn bởi độ hoàn hảo của chip
Lâu nay, việc phát triển Máy tính Lượng tử thường bị kìm hãm bởi yêu cầu cao về chất lượng phần cứng – đặc biệt là số lượng và độ ổn định của qubit. Tuy nhiên, nghiên cứu mới cho thấy các hệ thống mô-đun, tức là được ghép từ nhiều chip nhỏ liên kết với nhau, hoàn toàn có thể đạt được độ tin cậy cao, miễn là từng chip riêng lẻ hoạt động với độ chính xác tốt.
Nhóm nghiên cứu, do nghiên cứu sinh Mohamed A. Shalby dẫn đầu, đã thực hiện hàng nghìn mô phỏng trên sáu thiết kế kiến trúc lượng tử khác nhau. Các mô hình này được lấy cảm hứng từ hạ tầng lượng tử hiện có của Google, đồng thời sử dụng các công cụ mô phỏng do chính Google Quantum AI phát triển. Trọng tâm của nghiên cứu là thử nghiệm khả năng sửa lỗi khi các chip được kết nối với nhau – đặc biệt trong điều kiện liên kết giữa các tủ lạnh siêu lạnh (cryogenic refrigerators), nơi lỗi thường dễ xảy ra nhất.
Mohamed A. Shalby chứng minh chip hiện tại có thể ghép thành hệ thống Máy tính Lượng tử lớn và ổn định.
Một trong những kết luận quan trọng là: ngay cả khi các kết nối giữa chip có độ nhiễu cao gấp 10 lần so với hoạt động nội bộ của từng chip, hệ thống Máy tính Lượng tử vẫn có thể sửa lỗi hiệu quả nếu từng chip duy trì độ chính xác vận hành cao. Điều này mở ra triển vọng xây dựng các hệ thống quy mô lớn mà không cần chờ đến phần cứng hoàn hảo tuyệt đối – một rào cản vốn kéo dài nhiều năm qua.
Máy tính Lượng tử mô-đun: Bước tiến thực tế để sớm thương mại hóa công nghệ lượng tử
Phần lớn nghiên cứu tập trung vào kiến trúc “surface code” – một kỹ thuật sửa lỗi phổ biến trong cộng đồng nghiên cứu lượng tử. Theo phương pháp này, các “chip surface code” sẽ tổ chức các qubit vật lý thành các cụm logic, từ đó giúp hệ thống có thể phát hiện và sửa lỗi tự động nhờ vào tính dư thừa trong cấu trúc.
Khả năng duy trì độ chính xác của qubit logic – ngay cả khi liên kết giữa các mô-đun có lỗi – là điểm mấu chốt giúp Máy tính Lượng tử mô-đun trở thành hướng đi khả thi. Đây là dấu mốc quan trọng giúp chuyển đổi công nghệ lượng tử từ quy mô phòng thí nghiệm sang các ứng dụng thực tiễn, như mô phỏng phân tử trong hóa học, tối ưu hóa thuật toán mật mã, và nhiều lĩnh vực khác.
Với phát hiện này, cộng đồng công nghệ giờ đây có thêm cơ sở để tin rằng Máy tính Lượng tử thương mại có thể ra đời sớm hơn dự kiến – không phải bằng cách chờ đợi phần cứng hoàn hảo, mà bằng cách xây dựng những hệ thống lớn từ các thành phần nhỏ đang có sẵn ngay hôm nay.