[CES 2019] Thưởng thức kiệt tác máy tính lượng tử 20-qubit của IBM

Phần ngoại thất làm từ kính được sáng tạo bởi Goppion, một nhà sản xuất tại Milan chuyên về các loại lồng trưng bày sản phẩm cao cấp tại các bảo tàng.

Năm ngoái, IBM mang đến CES một chiếc máy tính lượng tử 50-qubit - một phần đặc biệt hấp dẫn của máy là thiết kế của nó, được trang trí với đủ loại ống và dây nhợ tái hiện lại hình ảnh của một chiếc đèn chùm thời Victoria, với bộ phận làm mát và quản lý năng lượng lớn ở nhà. Toàn bộ hệ thống máy tính lượng tử này được đặt trong một phòng nghiên cứu ở Yorktown Heights, New York, chiếm một căn phòng lớn. Nó hoạt động hoàn hảo nhưng có một thiết kế không mấy tinh tế - theo Bob Sutor, Phó chủ tịch Q Strategy và hệ sinh thái của IBM.

'Hãy tưởng tượng một chiếc ôtô, nhưng loại bỏ bớt phần ngoại thất lòe loẹt của nó đi. Thay vào đó, thay vào đó, hãy tách rời chúng ra thành từng mảnh và gắn chúng lên xe một cách riêng biệt. Xe vẫn có thể hoạt động được. Nhưng về mặt tích hợp, nó không phải là một thiết kế tốt, phải không?' - ông nói.

Gần một năm trước, IBM đã đặt mục tiêu làm ra một hệ thống tích hợp hoàn chỉnh dưới dạng mô-đun, dễ dàng nâng cấp và tối ưu cho tính toán lượng tử. Kết quả là IBM Q System One, và nó đã xuất hiện tại CES 2019.

Tất nhiên, nó trông rất ấn tượng.

Như bạn đã thấy trong hình ảnh, tất cả các thành phần của hệ thống được đặt trong một khối lập phương có chiều cao 2,75 mét, được làm từ kính borosilicate dày 1,27cm. Có thể mở cả hai cửa trước và sau đồng thời, cho phép kỹ sư tiếp cận máy tính lượng tử từ phía trước và các mô-đun làm mát và điều khiển ẩn phía sau bảng điều khiển sau. Khi cả hai cánh cửa đều mở, khối lập phương nghiêng sang một bên giống như một hình bình hành nghiêng - vì vậy, nó được gia cố bằng một loạt các khung nhôm và thép độc lập. Những cấu trúc này đảm bảo sự toàn vẹn cấu trúc, đồng thời giảm thiểu rung động và các tác động tiềm ẩn khác.

Bản thiết kế đẹp đến đáng kinh ngạc này được Map Project Office và Universal Design Studio tạo ra, hai công ty thiết kế từng làm việc với các thương hiệu như Sonos, Honda và Kano, cùng với sự hợp tác của Goppion, một công ty sản xuất lồng trưng bày cao cấp từ Milan, đã thực hiện thiết kế lồng trưng bày cho bức tranh Mona Lisa tại bảo tàng Louvre và Crown Jewels tại Tháp London...

Vì vậy, không có gì đáng ngạc nhiên khi máy tính lượng tử của IBM trông như một tác phẩm nghệ thuật tinh tế.

Vỏ kính đặc biệt cho phép IBM kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ bên trong. Điều này cực kỳ quan trọng đối với chip lượng tử - bởi chip phải được duy trì ở nhiệt độ cực thấp, khoảng 10 millikelvin, hay trên một độ không tuyệt đối rất nhỏ - cũng như các linh kiện điện tử khác kết nối với bo mạch. Bất kỳ biến động nào trong nhiệt độ cũng có thể gây ra sự hỏng hóc. Lý thuyết, thiết kế mới của IBM giúp giảm thiểu rủi ro trong quá trình thử nghiệm và tăng tính ổn định của hệ thống đối với các nghiên cứu và đối tác thương mại của IBM.

Để hiểu rõ hơn, điện toán lượng tử sử dụng qubits - các bit lượng tử - để xử lý các vấn đề phức tạp. Khác biệt so với các bit thông thường, qubits có thể có cả hai giá trị 0 và 1 cùng một lúc hoặc một sự kết hợp của cả hai (gọi là 'superposition' - trạng thái kết hợp). Với 2 qubits, bạn có thể có tới 4 kết quả khác nhau (0-0, 0-1, 1-0, 1-1). Qubits còn có khả năng tương tác với nhau - một hiện tượng gọi là 'entanglement' (trạng thái liên kết) - giúp máy tính đưa ra các kết quả chính xác hơn.

Điện toán lượng tử có sức mạnh vượt trội so với máy tính truyền thống, có thể giải quyết nhiều vấn đề cùng một lúc. Nó có thể làm thay đổi ngành chăm sóc sức khỏe - giúp các bác sĩ tìm ra các phương pháp điều trị hiệu quả - cũng như trong trí tuệ nhân tạo, mã hóa, mô hình tài chính và dự báo thời tiết. Đó là những điều mà các nhà nghiên cứu kỳ vọng ở tương lai.

IBM Q System One tích hợp một bộ xử lý 20-qubits thế hệ 4. Nghe có vẻ kém so với Google, đã công bố một máy lên đến 72-qubits vào tháng 3 năm trước, nhưng Sutor cho biết chất lượng quan trọng hơn số lượng. IBM muốn tập trung vào việc giảm thiểu lỗi và cải thiện độ tin cậy tổng thể trước khi mở rộng sức mạnh của hệ thống. 'Chúng tôi đã và đang tập trung vào kiến trúc và cấu trúc của chip lượng tử. Chúng tôi đang xem xét mọi yếu tố liên quan đến việc xây dựng một con chip lượng tử có thể cho phép chúng tôi mở rộng số lượng qubits, và giúp chúng chạy hiệu quả hơn và ít lỗi hơn' - ông nói.

Với Q System One, IBM đang hình dung một thế giới trong đó máy tính lượng tử sẽ hoạt động cùng với máy tính truyền thống và trong các trung tâm dữ liệu. Một ngày nào đó, một công ty có thể có nhiều khối lập phương như vậy được đặt ngang hoặc dọc trong một phòng. Hoặc các linh kiện có thể được thay thế và nâng cấp trong một hệ thống đơn lẻ.

Điện toán lượng tử vẫn là một thế giới chưa được khám phá đầy đủ. Mặc dù công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng IBM đang cố gắng cho chúng ta thấy một sản phẩm hoàn chỉnh có khả năng thực hiện những gì và trông như thế nào. Q System One là một sản phẩm phần cứng thử nghiệm, bạn không thể đến Walmart để mua nó, nhưng công ty đã cố gắng đóng gói nó giống như một chiếc iMac đầu tiên; đẹp và tích hợp, với một cửa sổ nhìn vào bên trong để người ta có thể ngạc nhiên trước những gì các kỹ sư đã đặt vào đó.

IBM từng hi vọng rằng việc tạo ra một sản phẩm đẹp sẽ giúp giữ được sự chú ý và tăng cường sự quan tâm của mọi người đối với công nghệ. Điều này cũng cung cấp một cái gì đó thực tế và cụ thể để mọi người ngưỡng mộ. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh điện toán lượng tử vẫn còn ở giai đoạn nghiên cứu sơ khai. Có sự tiến bộ rõ ràng - các thử nghiệm đang được thực hiện và nhiều tài liệu khoa học đã được công bố - nhưng nhiều lợi ích của công nghệ này vẫn ở mức lý thuyết. Các máy tính lượng tử vẫn chưa thể giải mã các loại mã hóa tài chính hoặc chạy các chương trình mô phỏng thời tiết phức tạp. Nếu bạn không theo dõi các nghiên cứu mới nhất thì rất khó để biết liệu điện toán lượng tử là một thứ có thực sự tồn tại hay chỉ là một sự mơ hồ.

Tuy nhiên, phần cứng mới như Q System One lại dễ dàng được chấp nhận. Điều đầu tiên, nó rất lớn - hoàn toàn trái ngược với sự giảm kích thước của điện thoại thông minh và máy tính xách tay hiện nay. Bề mặt kính và dầm thép chắc chắn không phải là thứ mà mọi người đều ưa thích, nhưng chúng chứng tỏ sự tiến hóa và phát triển rõ rệt so với những gì công ty đã trình diễn và sản xuất trước đây.

Thật không may, Q System One tại CES 2019 chỉ là... một mô hình. Mỗi mặt của nó cao 2,3 mét thay vì 2,74 mét của máy thực tế, và không có bảng điều khiển mặt sau chứa bộ phận làm mát, bộ phận cung cấp điện và các linh kiện theo dõi hệ thống. IBM cũng đã loại bỏ lớp vỏ bảo vệ xung quanh máy tính lượng tử để người xem có thể ngắm nhìn các ống và dây nhợ được sử dụng để giữ qubits ở nhiệt độ thấp.

Sutor nói rằng IBM đã có một mô hình Q System One hoạt động tốt tại Yorktown Heights và hệ thống này đang được sử dụng cho các thử nghiệm. 'Có thể nói đây là máy tính lượng tử hoạt động tốt nhất mà chúng tôi từng tạo ra, ở mọi khía cạnh. Và nó đang được nhóm nghiên cứu sử dụng ngay bây giờ'.

Cuối năm nay, công ty sẽ mở một 'Trung tâm Điện toán Lượng tử' tại Poughkeepsie, New York, để chứa một phiên bản nâng cấp của Q System One (nhóm nghiên cứu hiện đang xem xét xem liệu họ nên chỉnh sửa máy ở Yorktown hay tạo ra một máy mới hoàn toàn). Trong một thông cáo báo chí, IBM cho biết thành phố này là 'một trong số ít địa điểm trên thế giới có đủ năng lực công nghệ, cơ sở hạ tầng và chuyên gia để phục vụ một trung tâm điện toán lượng tử, bao gồm cả khả năng truy cập vào hệ thống điện toán hiệu suất cao và một trung tâm dữ liệu sẵn sàng cao để hỗ trợ các máy tính lượng tử'.

Hầu hết các khách hàng của IBM, được gọi là Q Network, sẽ không nhìn thấy hệ thống thực tế này hàng ngày. Tuy nhiên, họ sẽ hưởng lợi từ thiết kế mô-đun và những cải tiến về độ ổn định của khối lập phương này. 'Chúng tôi sẽ làm cho việc sử dụng hệ thống này của khách hàng trở nên dễ dàng hơn nhiều. Đặc biệt là khi chúng tôi nâng cấp và tăng cường sức mạnh của nó' - Sutor nói.

Các thành viên mới gần đây của Mạng lưới Q bao gồm ExxonMobil, một công ty năng lượng khổng lồ, và CERN, tổ chức nghiên cứu châu Âu chịu trách nhiệm về Máy va chạm Hadron lớn. 'Chúng ta sẽ chứng kiến ​​cách mà khoa học cơ bản bắt đầu tận dụng các lợi ích và hiểu biết về điện toán lượng tử, và các tổ chức doanh nghiệp đang cố gắng hiểu rõ hơn về nó. Điều này thật là hứng thú' - Sutor bổ sung.

Q System One đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lịch sử của điện toán lượng tử. Tuy nhiên, sẽ mất nhiều năm trước khi chúng ta nhận ra tác động của công nghệ này đối với cuộc sống hàng ngày của chúng ta. 'Rất dễ mừng mừng và nói 'Ồ, trong một năm nữa chúng ta sẽ làm được điều này', và tất cả những điều đó. Nhưng sự thực là điện toán lượng tử vẫn còn mới mẻ. Nó khác biệt và cần phải có nhiều cải tiến khoa học và công nghệ hơn để thực sự đưa nó lên một tầm cao mới. Và dưới tư cách là một nhà toán học, tôi biết bạn không thể chỉ đơn giản muốn có được những bước tiến khoa học'.

Tham khảo: Engadget