Buzz
Vào ngày thứ hai 4/12, IBM chính thức hé lộ hai hệ thống máy tính lượng tử mới, cùng với chiến lược phát triển công nghệ chip xử lý lượng tử, mở ra một thời đại mới khi điện toán không còn bị ràng buộc chỉ với hai giá trị 0 và 1.
Hệ thống đầu tiên sử dụng con chip Condor, sở hữu công nghệ transmon lớn nhất từng xuất hiện, tích hợp 1.121 qubit để thực hiện các tính toán phức tạp. Công nghệ này biến con chip thành bề mặt siêu dẫn, giải quyết vấn đề sai số khi qubit xuất kết quả với giá trị nằm giữa 0 và 1.
Hệ thống thứ hai sử dụng ba vi mạch IBM Heron, mỗi vi mạch có 133 qubit. Theo IBM, những hệ thống máy tính lượng tử nhỏ như Heron và thế hệ tiếp theo như Flamingo sẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển công nghệ máy tính lượng tử.
Dựa trên tiến triển của chip máy tính lượng tử như vậy, IBM kỳ vọng đến cuối thập kỷ 2020, họ sẽ kiểm soát được sai số lượng tử khi thực hiện tính toán. Những sai số này là nguyên nhân chính khiến hầu hết hệ thống máy tính lượng tử trên thế giới phải hoạt động ở nhiệt độ gần ngưỡng tuyệt đối, 0 Kelvin, tương đương với -273 độ C.
Qubit và logical qubit
Hầu hết các khía cạnh của quá trình vận hành qubit để giải mã những bài toán phức tạp nhất trong lịch sử nhân loại đều tiềm ẩn rủi ro lỗi. Từ việc thay đổi vị trí của qubit, duy trì vị trí đó, xử lý các nhiệm vụ và cuối cùng là đọc vị trí của qubit để đưa ra kết quả phép tính, tất cả có thể tạo ra lỗi, khiến cho thuật toán lượng tử không thể đưa ra kết quả chính xác và hữu ích. Do đó, một trong những thách thức lớn nhất mà các công ty công nghệ đang đối mặt khi nghiên cứu máy tính lượng tử không chỉ là tăng cường sức mạnh của các con chip và số lượng qubit có thể tính toán đồng thời mà còn là vượt qua giới hạn sai số do dao động mạnh của qubit.Ngắn hạn, các hệ thống máy tính lượng tử hiện nay có thể chạy và đưa ra kết quả đáng tin cậy, nhưng chỉ với những thuật toán và phép tính đơn giản trong thế giới của máy tính lượng tử. Trong những năm tới, khả năng của máy tính lượng tử có thể được mở rộng đối với những thuật toán phức tạp hơn.
Dài hạn, điều đáng tiếc là không chắc chúng ta sẽ có phần cứng qubit đủ mạnh mẽ để xử lý những phép tính và thuật toán mà công nghệ transistor truyền thống cần hàng tỷ giờ để thực hiện, và kết quả cũng chưa chắc đã có sai số tối thiểu đủ để chúng ta có thể sử dụng.Thách thức này đặt ra trước ngành điện toán lượng tử là tất cả đều đồng lòng rằng cần phải tạo ra những qubit có khả năng tự chỉnh lỗi trong quá trình xử lý. Một giải pháp được đề xuất là triển khai dữ liệu lượng tử trên nhiều qubit trên bề mặt chip xử lý. Những qubit này không chỉ tính toán, mà còn được sử dụng để kiểm soát và điều chỉnh sai số dữ liệu, từ đó tối ưu hóa kết quả phép tính. Qubit tính toán được gọi là logical qubit, trong khi qubit chỉnh lỗi được gọi là hardware qubit. Trong ngành, hiện nay đã có những ước tính, để máy tính lượng tử có con chip sở hữu đủ logical qubit để giải quyết những phép tính phức tạp, thì số lượng hardware qubit phải lên đến hàng triệu.Qubit và cổng logic
Jay Gambetta, người đứng đầu phòng nghiên cứu Thomas J. Watson của IBM, đang nỗ lực phát triển máy tính lượng tử và cho biết IBM đang tiến triển theo hai hướng. Hướng đầu tiên là phát triển phương pháp để sản xuất qubit trên bề mặt chip xử lý lượng tử với số lượng và chất lượng đáng tin cậy. Theo Gambetta, một con chip với hơn một nghìn qubit là minh chứng cho sự tiến triển của IBM trong lĩnh vực này.
Con chip Heron nhỏ gọn của IBM là kết quả của 4 năm nỗ lực liên tục để cải thiện hiệu suất tính toán cổng.Nhiều cải tiến mà IBM đưa ra liên quan đến công nghệ “tunable coupler” cho từng qubit. Điều này giúp máy tính lượng tử có chip xử lý hoạt động hiệu quả gấp 10 lần trong một số nhiệm vụ cụ thể. Tốc độ tính toán nhanh hơn không chỉ là một ưu điểm, mà còn đồng nghĩa với việc giảm thiểu tỷ lệ lỗi trong quá trình xoay qubit.Trong năm nay, hệ thống sẽ giới thiệu chip Heron 133 qubit, có khả năng xử lý 5000 gate operation. Bước tiến tiếp theo là Flamingo với 156 qubit, dự kiến xuất hiện vào năm 2028, với khả năng xử lý lên đến 15 nghìn gate operation.
Các vi xử lý siêu đỉnh này có thể liên kết với nhau để tạo ra một bộ xử lý vô cùng khổng lồ như Crossbill và Kookaburra. Để thực hiện điều này, IBM sẽ thử nghiệm các phương pháp sáng tạo để kết nối các qubit hoạt động, cả trong từng vi xử lý và giữa các vi xử lý nhỏ với nhau.Phần mềm đầy quan trọng như chính phần cứng
Ngay cả khi những cố gắng phát triển thành công vi xử lý lượng tử của IBM, Gambetta cho rằng máy tính lượng tử sẽ vẫn quá nhỏ và hạn chế khi ra mắt vào cuối thập kỷ 2020. Những cố gắng hạn chế sai số trong tính toán qubit sẽ mở ra khả năng sử dụng máy tính lượng tử cho những công việc mà máy tính bán dẫn truyền thống không thể hoặc mất rất nhiều thời gian. Còn để máy tính lượng tử có thể đáp ứng tất cả những yêu cầu của con người thì còn rất lâu. Điều này có nghĩa là, việc phát triển phần mềm sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc định rõ khả năng của máy tính lượng tử trong những năm sắp tới.
Về phần mềm và ứng dụng, IBM đã phát triển một bộ SDK có tên là Qiskit, giúp những lập trình viên xác định những công việc họ muốn thực hiện trên máy tính lượng tử, từ đó đưa ra các lệnh cụ thể cho phần cứng. Đặc biệt, Qiskit còn có khả năng tích hợp trí tuệ nhân tạo để tạo nên những đoạn mã thú vị điều khiển máy tính lượng tử.
Ước mơ sử dụng máy tính lượng tử để xử lý các nhiệm vụ hữu ích thực tế trong lĩnh vực khoa học và kỹ thuật vẫn còn rất xa xôi. Việc phát triển và thử nghiệm phần mềm ngày càng trở nên quan trọng, bởi lẽ hiện tại con người đang đối mặt với thách thức làm thế nào để tận dụng hệ thống máy tính lượng tử có số lượng qubit hạn chế và đồng thời phải đối mặt với nhiễu và sai số tính toán cao.
IBM đã đạt được mục tiêu quan trọng trong việc phát triển phần cứng cho máy tính lượng tử, điều này mang lại tin vui cho cộng đồng công nghiệp điện toán lượng tử. Tuy nhiên, điều đáng chú ý hơn cả là kế hoạch phát triển mà họ vừa công bố.
Theo ArsTechnica
