Công ty Mỹ phát triển chip lượng tử thủy tinh, giúp tăng sức mạnh chip lên hàng trăm qubit

Ai ngờ thủy tinh, thứ tưởng như mỏng manh dễ vỡ, lại đem về tính ổn định cho qubit lượng tử?

IonQ, công ty liên kết với Trung tâm Lượng tử Duke trực thuộc Đại học Duke, vừa công bố đột phá mới trong công nghệ sản xuất chip. Họ đặt thiết kế chip silicon thông thường sang một bên, tập trung nghiên cứu chế tạo một chip máy tính thủy tinh có khả năng lưu giữ ion.

Các nhà nghiên cứu tạo ra công nghệ bẫy ion bằng thủy tinh này bằng cách vẽ lên thủy tinh silica những đường rãnh chính xác tới cỡ micromet; tấm chip có khả năng chữa một chuỗi những qubit là ion. Trước đây, IonQ đã bán những hệ thống máy tính lượng tử 32-qubit cho nhiều doanh nghiệp cung cấp giải pháp điện toán đám mây, trong đó có Microsoft Azure, Amazon Web Services và Google Cloud.

Chip của IonQ.

IonQ gọi công nghệ chip mới là “cấu trúc lượng tử đa nhân có thể tinh chỉnh lại - reconfigurable multicore quantum architecture”, viết tắt là RMQA. Dựa trên tính đột phá của RMQA, IonQ có thể tăng quy mô chip lên nhiều lần.

Có nhiều cách thiết kế, chế tạo một hệ thống máy tính lượng tử, và IonQ chọn con đường bẫy ion để cố gắng đạt được ưu thế lượng tử - điểm mốc mà tại đó máy tính lượng tử vượt mặt máy tính cổ điển trong khả năng tính toán. Bên cạnh IonQ, còn có AQT, Honeywell và Oxford Ionics cũng ứng dụng công nghệ bẫy ion trong chế tạo máy tính lượng tử.

Trong thiết kế RMQA, qubit được lưu trữ trong trạng thái tích điện, cho phép các ion bị chiếu tia laser cường độ cao có thể tương tác với qubit.

IonQ khẳng định phương pháp bẫy ion này, đặc biệt là khi được hậu thuẫn bởi công nghệ bẫy thủy tinh mới, cho phép thời gian tồn tại của qubit dài chưa từng có. Cũng theo lời công ty, điểm cộng của công nghệ mới còn nằm tại việc duy trì được nhiều qubit, tăng được quy mô hệ thống.

Lộ trình tăng quy mô chip lượng tử của IonQ.

Trong thử nghiệm, IonQ trình diễn một con chip có 64 qubit với thiết kế đơn giản đến đáng ngạc nhiên: trên con chip thủy tinh là 4 chuỗi 16 qubit bị giữ chặt trong các bẫy ion. Tuy nhiên, con chip chỉ có sức mạnh tính toán của 48 qubit mà thôi, bởi 16 qubit (với 4 qubit trong mỗi chuỗi) được sử dụng như các ion “làm lạnh”, đóng vai trò sửa sai cho hệ thống nếu như có biến động xảy ra.

Tuy không tận dụng được toàn bộ các qubit có trong chip, hệ thống lại có điểm cộng khác: IonQ có thể tăng sức mạnh chip thông qua việc tăng diện tích bề mặt chip. CEO của IonQ là Peter Chapman khẳng định họ có thể tăng số lượng qubit trên mỗi chip lên tới hàng trăm.

IonQ đang vững chân bước tới đích đến, là một hệ thống bao gồm nhiều chip lượng tử kết nối với nhau và được điều khiển bằng ánh sáng. “Một khi có được trạng thái rối, khoảng cách giữa các chip không còn là vấn đề. Dù là một chuỗi [qubit] trên một chip hay giữa các chip với nhau, chúng sẽ đều vận hành như một cỗ máy tính lượng tử lớn”, CEO Chapman khẳng định.

• Kinh ngạc nhìn dàn robot nhảy múa uyển chuyển theo bài hát IONIQ: I'm On It của nhóm nhạc BTS
• Đường hầm gió tốc độ 37.000km/h của Trung Quốc dự kiến sẽ sẵn sàng vào năm tới
• Chế tạo thành công tàu chở hàng tự động không phát thải đầu tiên trên thế giới