Microsoft và Atom Computing đã công bố một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực điện toán lượng tử tại hội nghị Microsoft Ignite 2024: lần đầu tiên, họ đã thành công trong việc tạo ra sự rối lượng tử với 24 qubit logic. Thành tựu này đã lập kỷ lục mới trong lĩnh vực rối lượng tử và tiến gần hơn đến mục tiêu điện toán lượng tử chịu lỗi.
Những điểm đột phá chính
1. Số lượng qubit logic rối đạt kỷ lục:
Bằng cách sử dụng kỹ thuật cố định nguyên tử ytterbium trung tính siêu lạnh bằng tia laser, hai công ty đã thành công trong việc tạo ra sự rối lượng tử giữa 24 qubit logic, con số cao nhất từ trước đến nay.
2. Khả năng sửa lỗi lượng tử:
Hệ thống có thể phát hiện và sửa lỗi do các nguyên tử trung tính bị mất, giúp tăng độ ổn định và độ chính xác trong tính toán.
3. Chạy thành công thuật toán Bernstein-Vazirani:
Với 20 qubit logic, hệ thống đã chạy thành công thuật toán cổ điển Bernstein-Vazirani, chứng minh tính khả dụng của qubit logic trong các ứng dụng tính toán thực tế.
Mục tiêu trong tương lai
• Ngắn hạn:
Đạt được sự rối lượng tử với 50 qubit logic.
• Dài hạn:
Hướng tới 100 qubit logic rối, đủ để giải quyết các vấn đề thực tế trong lĩnh vực khoa học vật liệu và hóa học.
Microsoft và Atom Computing cũng dự kiến sẽ cung cấp máy tính lượng tử thương mại với hơn 1.000 qubit vật lý vào năm tới, vượt xa các hệ thống hiện tại chỉ đạt 256 qubit vật lý.
Các điểm nổi bật về công nghệ
Nền tảng Azure Quantum của Microsoft cung cấp hệ thống ảo hóa qubit, hỗ trợ thiết kế tối ưu hóa cho các bộ xử lý lượng tử cụ thể và sửa lỗi lượng tử. Sự linh hoạt này cho phép nhóm nghiên cứu phát triển công nghệ điện toán lượng tử chịu lỗi dựa trên qubit logic một cách hiệu quả hơn.
Krysta Svore, Phó chủ tịch kiêm nhà nghiên cứu tại Azure Quantum, chia sẻ:
“Chúng tôi đã chứng minh rằng tính toán dựa trên qubit logic có thể mang lại hiệu suất vượt trội hơn so với qubit vật lý. Điều này cho thấy hệ thống của chúng tôi không chỉ có khả năng chạy thuật toán mà còn có thể sửa lỗi để duy trì hiệu quả tính toán của các qubit lượng tử.”
Qubit là đơn vị thông tin trong điện toán lượng tử, tương tự như bit trong điện toán cổ điển nhưng vượt trội hơn nhờ các đặc tính cơ học lượng tử như chồng chập và vướng víu. Những đặc tính này cho phép qubit xử lý một số tác vụ nhanh và hiệu quả hơn so với bit cổ điển. Trong hệ thống lượng tử, qubit vật lý đóng vai trò là các hệ thống hai trạng thái cơ bản, trong khi qubit logic được xây dựng từ một hoặc nhiều qubit vật lý để đảm bảo tính ổn định, khả năng sửa lỗi và thực hiện các thuật toán lượng tử phức tạp. Tuy nhiên, việc phát triển qubit phải đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm tính ổn định, mất tính liên kết, khả năng chịu lỗi và khả năng mở rộng. Những tiến bộ gần đây đã mang lại các giải pháp quan trọng. Năm 2023, Google cho thấy việc hiệu chỉnh lỗi lượng tử có thể cải thiện hiệu suất qubit logic khi tăng số qubit vật lý. Đến năm 2024, IBM phát triển mã sửa lỗi lượng tử hiệu quả hơn, giúp bảo vệ qubit logic qua hàng triệu chu kỳ kiểm tra lỗi, đồng thời giảm chi phí khi sử dụng ít qubit vật lý hơn. Microsoft và Quantinuum cũng đạt được bước tiến lớn khi tạo ra qubit logic từ số lượng qubit vật lý ít hơn đáng kể nhờ sử dụng hệ thống ảo hóa và kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi lặp lại. Những tiến bộ này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc phát triển các hệ thống lượng tử ổn định và mở đường cho việc áp dụng điện toán lượng tử trong thực tiễn.
Thành tựu này không chỉ đánh dấu sự tiến bộ trong phần cứng điện toán lượng tử mà còn đặt nền tảng vững chắc cho việc đưa điện toán lượng tử từ lý thuyết vào ứng dụng thương mại.
1. Số lượng qubit logic rối đạt kỷ lục:
Bằng cách sử dụng kỹ thuật cố định nguyên tử ytterbium trung tính siêu lạnh bằng tia laser, hai công ty đã thành công trong việc tạo ra sự rối lượng tử giữa 24 qubit logic, con số cao nhất từ trước đến nay.
2. Khả năng sửa lỗi lượng tử:
Hệ thống có thể phát hiện và sửa lỗi do các nguyên tử trung tính bị mất, giúp tăng độ ổn định và độ chính xác trong tính toán.
3. Chạy thành công thuật toán Bernstein-Vazirani:
Với 20 qubit logic, hệ thống đã chạy thành công thuật toán cổ điển Bernstein-Vazirani, chứng minh tính khả dụng của qubit logic trong các ứng dụng tính toán thực tế.
Mục tiêu trong tương lai
• Ngắn hạn:
Đạt được sự rối lượng tử với 50 qubit logic.
• Dài hạn:
Hướng tới 100 qubit logic rối, đủ để giải quyết các vấn đề thực tế trong lĩnh vực khoa học vật liệu và hóa học.
Microsoft và Atom Computing cũng dự kiến sẽ cung cấp máy tính lượng tử thương mại với hơn 1.000 qubit vật lý vào năm tới, vượt xa các hệ thống hiện tại chỉ đạt 256 qubit vật lý.
Các điểm nổi bật về công nghệ
Nền tảng Azure Quantum của Microsoft cung cấp hệ thống ảo hóa qubit, hỗ trợ thiết kế tối ưu hóa cho các bộ xử lý lượng tử cụ thể và sửa lỗi lượng tử. Sự linh hoạt này cho phép nhóm nghiên cứu phát triển công nghệ điện toán lượng tử chịu lỗi dựa trên qubit logic một cách hiệu quả hơn.
Krysta Svore, Phó chủ tịch kiêm nhà nghiên cứu tại Azure Quantum, chia sẻ:
“Chúng tôi đã chứng minh rằng tính toán dựa trên qubit logic có thể mang lại hiệu suất vượt trội hơn so với qubit vật lý. Điều này cho thấy hệ thống của chúng tôi không chỉ có khả năng chạy thuật toán mà còn có thể sửa lỗi để duy trì hiệu quả tính toán của các qubit lượng tử.”
Qubit là đơn vị thông tin trong điện toán lượng tử, tương tự như bit trong điện toán cổ điển nhưng vượt trội hơn nhờ các đặc tính cơ học lượng tử như chồng chập và vướng víu. Những đặc tính này cho phép qubit xử lý một số tác vụ nhanh và hiệu quả hơn so với bit cổ điển. Trong hệ thống lượng tử, qubit vật lý đóng vai trò là các hệ thống hai trạng thái cơ bản, trong khi qubit logic được xây dựng từ một hoặc nhiều qubit vật lý để đảm bảo tính ổn định, khả năng sửa lỗi và thực hiện các thuật toán lượng tử phức tạp. Tuy nhiên, việc phát triển qubit phải đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm tính ổn định, mất tính liên kết, khả năng chịu lỗi và khả năng mở rộng. Những tiến bộ gần đây đã mang lại các giải pháp quan trọng. Năm 2023, Google cho thấy việc hiệu chỉnh lỗi lượng tử có thể cải thiện hiệu suất qubit logic khi tăng số qubit vật lý. Đến năm 2024, IBM phát triển mã sửa lỗi lượng tử hiệu quả hơn, giúp bảo vệ qubit logic qua hàng triệu chu kỳ kiểm tra lỗi, đồng thời giảm chi phí khi sử dụng ít qubit vật lý hơn. Microsoft và Quantinuum cũng đạt được bước tiến lớn khi tạo ra qubit logic từ số lượng qubit vật lý ít hơn đáng kể nhờ sử dụng hệ thống ảo hóa và kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi lặp lại. Những tiến bộ này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc phát triển các hệ thống lượng tử ổn định và mở đường cho việc áp dụng điện toán lượng tử trong thực tiễn.
Thành tựu này không chỉ đánh dấu sự tiến bộ trong phần cứng điện toán lượng tử mà còn đặt nền tảng vững chắc cho việc đưa điện toán lượng tử từ lý thuyết vào ứng dụng thương mại.
