Sẽ có máy tính lượng tử 1.000 qubit logic vào đầu thập niên tới

2 ngày trướcBài gốc

Công ty Nord Quantique (có trụ sở tại Sherbrooke, Canada) đã đặt ra một mục tiêu đầy tham vọng, và nếu thành công, đây có thể là một bước ngoặt lớn đối với ngành điện toán hiệu năng cao (HPC).

Startup này tuyên bố các máy của họ nhỏ gọn hơn nhưng lại hiệu quả vượt trội về tốc độ và tiêu thụ năng lượng, đến mức có thể khiến các hệ thống HPC truyền thống trở nên lỗi thời.

Cải tiến sửa lỗi lượng tử nhờ mã hóa đa chế độ (multimode encoding)

Nord Quantique áp dụng phương pháp “mã hóa đa chế độ” thông qua kỹ thuật được gọi là mã Tesseract, cho phép mỗi khoang vật lý trong hệ thống đại diện cho nhiều chế độ lượng tử. Điều này làm tăng độ dư thừa và khả năng chống lỗi nhưng không làm tăng kích thước hay độ phức tạp của hệ thống.

Ông Julien Camirand Lemyre, CEO của Nord Quantique, giải thích: “Mã hóa đa chế độ cho phép chúng tôi xây dựng máy tính lượng tử với khả năng sửa lỗi tuyệt vời mà không cần phải dùng đến vô số qubit vật lý. Ngoài việc nhỏ gọn và thực tế hơn, máy của chúng tôi còn tiêu thụ ít năng lượng hơn rất nhiều, điều này đặc biệt hấp dẫn với các trung tâm HPC, nơi chi phí năng lượng là yếu tố then chốt”.

Máy của Nord chỉ cần 20 mét vuông không gian, cực kỳ phù hợp để tích hợp vào các trung tâm dữ liệu – so với 1.000 - 20.000m² mà các nền tảng cạnh tranh cần. Chính tính di động này càng làm nổi bật lợi thế của họ. Công ty khẳng định: “Các hệ thống nhỏ hơn này cũng dễ phát triển hơn lên quy mô ứng dụng vì kích thước nhỏ và ít yêu cầu về làm lạnh cũng như hệ thống điều khiển”.

Điều này mang hàm ý quan trọng: cải thiện sửa lỗi mà không cần mở rộng quy mô phần cứng vốn là một điểm nghẽn trung tâm trong cuộc đua lượng tử. Trong một thử nghiệm kỹ thuật, hệ thống của Nord cho thấy độ ổn định vượt trội qua 32 chu kỳ sửa lỗi mà không có sự suy giảm đo được trong thông tin lượng tử.

Bà Yvonne Gao, Trợ lý giáo sư tại Đại học Quốc gia Singapore, nhận xét: “Cách họ mã hóa qubit logic bằng các trạng thái Tesseract đa chế độ là một phương pháp rất hiệu quả để giải quyết vấn đề sửa lỗi, và tôi rất ấn tượng với kết quả này. Đây là một bước tiến quan trọng trong hành trình hướng tới điện toán lượng tử quy mô ứng dụng”.

Thận trọng vẫn là cần thiết

Dù những đánh giá tích cực này mang lại độ tin cậy, nhưng việc xác minh độc lập và khả năng tái lập vẫn là điều tối quan trọng để xây dựng niềm tin lâu dài. Nord Quantique tuyên bố hệ thống của họ có thể giải bài toán mã hóa mang tính thách thức RSA-830 chỉ trong 1 giờ với 120kWh ở tốc độ 1 MHz, tức giảm đến 99% mức tiêu thụ năng lượng.

Trong khi đó, các hệ thống HPC truyền thống cần đến 280.000kWh và mất 9 ngày để giải cùng một bài toán. Các phương pháp lượng tử khác như siêu dẫn, quang học, nguyên tử lạnh, hay bẫy ion... đều thua kém về tốc độ hoặc hiệu suất. Ví dụ, hệ thống nguyên tử lạnh có thể chỉ tiêu tốn 20kW, nhưng sẽ mất đến 6 tháng để xử lý cùng bài toán.

Tuy nhiên, vẫn cần thận trọng: phương pháp hậu tuyển (post-selection) được dùng trong các thử nghiệm sửa lỗi của Nord đòi hỏi phải loại bỏ 12,6% dữ liệu mỗi vòng. Dù điều này giúp chứng minh độ ổn định, nhưng lại đặt ra câu hỏi về tính nhất quán trong môi trường thực tế.

Trong lĩnh vực điện toán lượng tử, khoảng cách giữa đột phá trong phòng thí nghiệm và triển khai thực tế là rất lớn. Do đó, những tuyên bố về tiết kiệm năng lượng và thu nhỏ hệ thống tuy ấn tượng, nhưng cần được xác minh độc lập trong điều kiện thực tế.

Sức mạnh của 1.000 qubit logic

Hãy tưởng tượng bạn có 1.000 chiếc đèn pin (tượng trưng cho 1.000 qubit logic). Mỗi chiếc đèn pin này có thể được BẬT/TẮT đồng thời, nhưng quan trọng hơn, nó có thể "phát sáng ở nhiều mức độ cường độ khác nhau cùng một lúc" (tính chất chồng chập của qubit) và "phát sáng một cách phối hợp với nhau" (tính chất vướng víu lượng tử), điều mà một bóng đèn thông thường không thể làm được.

Để đảm bảo mỗi chiếc đèn pin này (mỗi qubit logic) hoạt động hoàn hảo và không bị nhiễu loạn bởi môi trường (như rung động làm đèn nhấp nháy, hay độ ẩm làm mạch chập chờn), bạn không chỉ có một bóng đèn duy nhất.

Thay vào đó, mỗi chiếc đèn pin trong số 1.000 chiếc đó thực chất là một "hệ thống đèn" được bảo vệ tinh vi:

Để tạo ra một chiếc đèn pin đáng tin cậy (1 qubit logic), bạn phải sử dụng hàng chục hoặc hàng trăm bóng đèn nhỏ hơn (qubit vật lý) được bao bọc trong một "lồng bảo vệ" đặc biệt.

Các bóng đèn nhỏ này liên tục "kiểm tra chéo" nhau, và nếu một bóng đèn nhỏ nào đó bị lỗi (ví dụ: tự nhiên tắt hoặc bật sai), các bóng đèn khác sẽ phát hiện ra và "sửa chữa" nó ngay lập tức mà không làm ảnh hưởng đến trạng thái ánh sáng tổng thể của "chiếc đèn pin lớn" (qubit logic).

Do vậy, 1.000 qubit logic tương đương với việc bạn đang có:

1.000 "hệ thống đèn" cực kỳ phức tạp và đáng tin cậy, mỗi hệ thống được xây dựng từ hàng trăm bóng đèn nhỏ được bảo vệ lỗi.

Tổng số bóng đèn nhỏ (qubit vật lý) bạn cần để có được 1.000 qubit logic này có thể lên tới hàng trăm nghìn hoặc thậm chí hàng triệu bóng đèn vật lý. Ví dụ, nếu mỗi qubit logic cần 1.000 qubit vật lý, thì 1.000 qubit logic sẽ cần 1.000 x 1.000 = 1.000.000 qubit vật lý!

Điều này cho thấy sự phức tạp và quy mô khổng lồ của công nghệ cần thiết để đạt được mức độ này trong điện toán lượng tử. Khi đạt được 1.000 qubit logic, máy tính lượng tử có thể thực hiện các phép tính mà máy tính cổ điển hiện tại không thể nào mô phỏng nổi.

Anh Tú

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/se-co-may-tinh-luong-tu-1-000-qubit-logic-vao-dau-thap-nien-toi-233259.html