Zuchongzhi 3.0 Processor 105 qubit Chính Thức Ra Mắt: Bước Đột Phá Của Trung Quốc Trong Cuộc Đua Lượng Tử
Vn-Z.vn Ngày 18 tháng 12 năm 2024, đội ngũ nghiên cứu của Viện sĩ Phan Kiến Vĩ thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã công bố thành tựu liên quan đến máy tính lượng tử siêu dẫn mới nhất, mang tên Zuchongzhi 3.0 Processor ( “Tổ Xung Chi 3”), trên nền tảng arXiv. Thành tựu này đánh dấu bước tiến lớn của Trung Quốc trong lĩnh vực điện toán lượng tử, với bộ vi xử lý sở hữu 105 qubit, vượt trội hơn nhiều so với các phiên bản trước.
Zuchongzhi 3.0 Processor 105 qubit
Ngoài Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, các đơn vị công bố bài báo còn bao gồm: Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia về Khoa học Vật chất vi mô ở Hợp Phì, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Thượng Hải thuộc Viện Nghiên cứu Thông tin Lượng tử và Công nghệ Lượng tử thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Phòng thí nghiệm Quốc gia Hợp Phì, Công ty Quốc Độn Lượng Tử, Phòng Thí nghiệm Trọng điểm về Thông tin Lượng tử và Mật mã Lượng tử tỉnh Hà Nam, Viện Nghiên cứu Đo lường Quốc gia Trung Quốc, Viện Công nghệ Lượng tử Tế Nam, Đại học Điện tử Tây An, và Viện Lý thuyết Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc.
Thành tựu này được thực hiện bởi 154 nhà nghiên cứu đến từ 9 cơ quan nghiên cứu, nhấn mạnh tầm quan trọng của sự hợp tác.
Các tác giả chính của bài báo được đăng tải trên arXiv là Dongxin Gao, Daojin Fan, và Chen Zha, trong khi Giáo sư Zhu Xiaobo và Viện sĩ Pan Jianwei là các tác giả liên hệ chính của công trình.
Năm 2019, Google công bố rằng bộ xử lý lượng tử 53 qubit “Sycamore” của họ đã hoàn thành một nhiệm vụ lấy mẫu mạch ngẫu nhiên trong 200 giây, qua đó tuyên bố đạt được ưu thế lượng tử. Tuy nhiên, tuyên bố này đã bị thách thức mạnh mẽ vào năm 2023 bởi các nhà khoa học Trung Quốc. Nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển một thuật toán cổ điển tiên tiến hơn và sử dụng GPU A100, chỉ mất 17 giây để hoàn thành cùng một nhiệm vụ, qua đó phủ nhận tuyên bố về ưu thế lượng tử của Google tại thời điểm đó.
So sánh các chỉ số hiệu suất giữa Google Sycamore và Zuchongzhi 2.0 cùng kỳ, cũng như Zuchongzhi 3.0 mới nhất
Năm 2020, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã xây dựng nguyên mẫu máy tính lượng tử quang “Cửu Chương”, sử dụng đường dẫn photon để lần đầu tiên chứng minh một cách nghiêm ngặt ưu thế lượng tử. Đến năm 2021, “Tổ Xung Chi 2”, bộ xử lý lượng tử siêu dẫn, đã trở thành hệ siêu dẫn đầu tiên trên thế giới đạt ưu thế lượng tử. Qua đó, Trung Quốc trở thành quốc gia duy nhất trên thế giới đạt được cột mốc ưu thế lượng tử trong hai hệ vật lý khác nhau.
Sau khi đạt được cột mốc ưu thế lượng tử, một trong những nhiệm vụ trọng tâm của nghiên cứu lượng tử hiện nay là vượt qua rào cản về công nghệ sửa lỗi lượng tử, nhằm tạo nền tảng cho việc tích hợp và điều khiển quy mô lớn các qubit, hướng đến việc xây dựng máy tính lượng tử phổ thông không lỗi. Mã bề mặt là phương pháp hoàn thiện nhất để mở rộng công nghệ sửa lỗi lượng tử ở quy mô lớn.
Năm 2022, các nhà khoa học Trung Quốc đã lần đầu tiên đạt được sửa lỗi lượng tử bằng mã bề mặt với mã khoảng cách 3 trên bộ xử lý lượng tử siêu dẫn “Tổ Xung Chi 2”, qua đó chứng minh tính khả thi của phương pháp mã bề mặt. Năm 2023, Google tiếp tục đạt được mã khoảng cách 3 và 5 với logic qubit mã bề mặt, lần đầu tiên chứng minh rằng tỷ lệ lỗi giảm khi mã khoảng cách tăng. Đến tháng 12 năm 2024, Google đã sử dụng bộ xử lý “Willow” để đạt được logic qubit mã bề mặt với mã khoảng cách 3, 5 và 7, giảm đáng kể tỷ lệ lỗi logic qubit. Công trình này đã chứng minh tính mở rộng của phương pháp mã bề mặt, đặt nền tảng công nghệ quan trọng cho việc tích hợp và điều khiển các hệ thống qubit quy mô lớn.
Theo các tài liệu, số lượng qubit của “Tổ Xung Chi 3” đã được tăng từ 66 qubit (ở phiên bản Tổ Xung Chi 2) lên 105 qubit, qua đó mở rộng đáng kể khả năng tính toán về lý thuyết, có thể xử lý các nhiệm vụ lượng tử phức tạp hơn, và tạo tiền đề cho việc khám phá các thuật toán và ứng dụng lượng tử quy mô lớn hơn.
Thành Tựu Nổi Bật
Theo dữ liệu thí nghiệm, hiệu năng của “Tổ Xung Chi 3” vượt xa dòng Sycamore (72 qubit) trước đây của Google tới 6 bậc, và đạt đến cùng cấp độ với dòng vi xử lý mới nhất Willow (105 qubit) mà Google công bố trên Nature vào ngày 9 tháng 12. Đây là một bước tiến quan trọng, khẳng định vị thế của Trung Quốc trong công nghệ lượng tử siêu dẫn.
Tăng Cường Hiệu Năng và Ứng Dụng
• Số lượng qubit: Tăng từ 66 qubit (Tổ Xung Chi 2) lên 105 qubit, mở rộng khả năng xử lý các nhiệm vụ lượng tử phức tạp hơn.
• Độ chính xác:
• Thời gian tương quan:
• Tỷ lệ lỗi đọc: Giảm xuống còn 0,82% cho 83 qubit.
Thiết Kế và Công Nghệ Tối Ưu
Vi xử lý lượng tử của Tổ Xung Chi 3 được chế tạo bằng công nghệ tích hợp chip ngược. Chip đầu tiên chứa 105 qubit và 182 cặp ghép nối, trong khi chip thứ hai đảm nhiệm vai trò quản lý tất cả đường điều khiển và bộ cộng hưởng đọc. Để tối ưu hóa khả năng đọc dữ liệu, đội ngũ nghiên cứu đã:
• Tăng cường độ ghép nối giữa qubit và bộ cộng hưởng đọc lên 130 MHz.
• Điều chỉnh băng thông của bộ cộng hưởng đọc xuống 10 MHz.
Tầm Quan Trọng Của Thành Tựu
“Tổ Xung Chi 3” không chỉ thể hiện sự vượt trội về mặt kỹ thuật mà còn củng cố vị thế của Trung Quốc trên bản đồ nghiên cứu lượng tử toàn cầu. Trước đó, vào năm 2020, Trung Quốc đã chứng minh được “ưu thế lượng tử” qua nguyên mẫu “Cửu Chương” dựa trên hệ quang lượng tử, và năm 2021, hệ siêu dẫn lượng tử Tổ Xung Chi 2 đạt thành công tương tự. Trung Quốc là quốc gia duy nhất trên thế giới đạt “ưu thế lượng tử” ở cả hai hệ vật lý này.
Hướng Đi Tương Lai
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang triển khai dự án phát triển logic qubit mã bề mặt với mã khoảng cách đạt 7, và dự kiến mở rộng lên 9 và 11 trong thời gian tới. Điều này sẽ đặt nền móng quan trọng để hướng đến việc xây dựng một máy tính lượng tử có khả năng tích hợp và vận hành trên quy mô lớn, hướng đến một máy tính lượng tử phổ thông không lỗi.
Thành tựu từ “Tổ Xung Chi 3” không chỉ đánh dấu cột mốc quan trọng trong hành trình nghiên cứu lượng tử mà còn khẳng định sức mạnh công nghệ và khả năng hợp tác khoa học của Trung Quốc.
Zuchongzhi 3.0 Processor 105 qubit
Ngoài Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, các đơn vị công bố bài báo còn bao gồm: Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia về Khoa học Vật chất vi mô ở Hợp Phì, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Thượng Hải thuộc Viện Nghiên cứu Thông tin Lượng tử và Công nghệ Lượng tử thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Phòng thí nghiệm Quốc gia Hợp Phì, Công ty Quốc Độn Lượng Tử, Phòng Thí nghiệm Trọng điểm về Thông tin Lượng tử và Mật mã Lượng tử tỉnh Hà Nam, Viện Nghiên cứu Đo lường Quốc gia Trung Quốc, Viện Công nghệ Lượng tử Tế Nam, Đại học Điện tử Tây An, và Viện Lý thuyết Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc.
Thành tựu này được thực hiện bởi 154 nhà nghiên cứu đến từ 9 cơ quan nghiên cứu, nhấn mạnh tầm quan trọng của sự hợp tác.
Các tác giả chính của bài báo được đăng tải trên arXiv là Dongxin Gao, Daojin Fan, và Chen Zha, trong khi Giáo sư Zhu Xiaobo và Viện sĩ Pan Jianwei là các tác giả liên hệ chính của công trình.
Năm 2019, Google công bố rằng bộ xử lý lượng tử 53 qubit “Sycamore” của họ đã hoàn thành một nhiệm vụ lấy mẫu mạch ngẫu nhiên trong 200 giây, qua đó tuyên bố đạt được ưu thế lượng tử. Tuy nhiên, tuyên bố này đã bị thách thức mạnh mẽ vào năm 2023 bởi các nhà khoa học Trung Quốc. Nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển một thuật toán cổ điển tiên tiến hơn và sử dụng GPU A100, chỉ mất 17 giây để hoàn thành cùng một nhiệm vụ, qua đó phủ nhận tuyên bố về ưu thế lượng tử của Google tại thời điểm đó.
So sánh các chỉ số hiệu suất giữa Google Sycamore và Zuchongzhi 2.0 cùng kỳ, cũng như Zuchongzhi 3.0 mới nhất
Sau khi đạt được cột mốc ưu thế lượng tử, một trong những nhiệm vụ trọng tâm của nghiên cứu lượng tử hiện nay là vượt qua rào cản về công nghệ sửa lỗi lượng tử, nhằm tạo nền tảng cho việc tích hợp và điều khiển quy mô lớn các qubit, hướng đến việc xây dựng máy tính lượng tử phổ thông không lỗi. Mã bề mặt là phương pháp hoàn thiện nhất để mở rộng công nghệ sửa lỗi lượng tử ở quy mô lớn.
Năm 2022, các nhà khoa học Trung Quốc đã lần đầu tiên đạt được sửa lỗi lượng tử bằng mã bề mặt với mã khoảng cách 3 trên bộ xử lý lượng tử siêu dẫn “Tổ Xung Chi 2”, qua đó chứng minh tính khả thi của phương pháp mã bề mặt. Năm 2023, Google tiếp tục đạt được mã khoảng cách 3 và 5 với logic qubit mã bề mặt, lần đầu tiên chứng minh rằng tỷ lệ lỗi giảm khi mã khoảng cách tăng. Đến tháng 12 năm 2024, Google đã sử dụng bộ xử lý “Willow” để đạt được logic qubit mã bề mặt với mã khoảng cách 3, 5 và 7, giảm đáng kể tỷ lệ lỗi logic qubit. Công trình này đã chứng minh tính mở rộng của phương pháp mã bề mặt, đặt nền tảng công nghệ quan trọng cho việc tích hợp và điều khiển các hệ thống qubit quy mô lớn.
Theo các tài liệu, số lượng qubit của “Tổ Xung Chi 3” đã được tăng từ 66 qubit (ở phiên bản Tổ Xung Chi 2) lên 105 qubit, qua đó mở rộng đáng kể khả năng tính toán về lý thuyết, có thể xử lý các nhiệm vụ lượng tử phức tạp hơn, và tạo tiền đề cho việc khám phá các thuật toán và ứng dụng lượng tử quy mô lớn hơn.
Thành Tựu Nổi Bật
Theo dữ liệu thí nghiệm, hiệu năng của “Tổ Xung Chi 3” vượt xa dòng Sycamore (72 qubit) trước đây của Google tới 6 bậc, và đạt đến cùng cấp độ với dòng vi xử lý mới nhất Willow (105 qubit) mà Google công bố trên Nature vào ngày 9 tháng 12. Đây là một bước tiến quan trọng, khẳng định vị thế của Trung Quốc trong công nghệ lượng tử siêu dẫn.
Tăng Cường Hiệu Năng và Ứng Dụng
• Số lượng qubit: Tăng từ 66 qubit (Tổ Xung Chi 2) lên 105 qubit, mở rộng khả năng xử lý các nhiệm vụ lượng tử phức tạp hơn.
• Độ chính xác:
• Độ chính xác cổng lượng tử đơn tăng từ 99,7% lên 99,90%.
• Độ chính xác cổng lượng tử đôi tăng từ 99,2% lên 99,62%.
• Thời gian tương quan:
• Thời gian giãn nở (T1) đạt 72 μs.
• Thời gian khử tương quan (T₂,CPMG) đạt 58 μs.
• Tỷ lệ lỗi đọc: Giảm xuống còn 0,82% cho 83 qubit.
Thiết Kế và Công Nghệ Tối Ưu
Vi xử lý lượng tử của Tổ Xung Chi 3 được chế tạo bằng công nghệ tích hợp chip ngược. Chip đầu tiên chứa 105 qubit và 182 cặp ghép nối, trong khi chip thứ hai đảm nhiệm vai trò quản lý tất cả đường điều khiển và bộ cộng hưởng đọc. Để tối ưu hóa khả năng đọc dữ liệu, đội ngũ nghiên cứu đã:
• Tăng cường độ ghép nối giữa qubit và bộ cộng hưởng đọc lên 130 MHz.
• Điều chỉnh băng thông của bộ cộng hưởng đọc xuống 10 MHz.
Tầm Quan Trọng Của Thành Tựu
“Tổ Xung Chi 3” không chỉ thể hiện sự vượt trội về mặt kỹ thuật mà còn củng cố vị thế của Trung Quốc trên bản đồ nghiên cứu lượng tử toàn cầu. Trước đó, vào năm 2020, Trung Quốc đã chứng minh được “ưu thế lượng tử” qua nguyên mẫu “Cửu Chương” dựa trên hệ quang lượng tử, và năm 2021, hệ siêu dẫn lượng tử Tổ Xung Chi 2 đạt thành công tương tự. Trung Quốc là quốc gia duy nhất trên thế giới đạt “ưu thế lượng tử” ở cả hai hệ vật lý này.
Hướng Đi Tương Lai
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang triển khai dự án phát triển logic qubit mã bề mặt với mã khoảng cách đạt 7, và dự kiến mở rộng lên 9 và 11 trong thời gian tới. Điều này sẽ đặt nền móng quan trọng để hướng đến việc xây dựng một máy tính lượng tử có khả năng tích hợp và vận hành trên quy mô lớn, hướng đến một máy tính lượng tử phổ thông không lỗi.
Thành tựu từ “Tổ Xung Chi 3” không chỉ đánh dấu cột mốc quan trọng trong hành trình nghiên cứu lượng tử mà còn khẳng định sức mạnh công nghệ và khả năng hợp tác khoa học của Trung Quốc.
