- Công bố Majorana 1, bộ xử lý lượng tử đầu tiên trên thế giới được vận hành bằng qubit tô-pô
- Microsoft đã phát triển Majorana 1 bằng cách sử dụng một vật liệu đột phá có tên topoconductor
- Đây là một bước ngoặt quan trọng để tiến tới điện toán lượng tử thực tiễn
- Để máy tính lượng tử tạo ra chuyển đổi cho khoa học và toàn xã hội, khả năng mở rộng quy mô lớn và độ tin cậy của sửa lỗi lượng tử là điều thiết yếu
- Nội dung được công bố hôm nay là một tiến bộ cốt lõi để hiện thực hóa điều đó nhanh hơn
- Majorana 1: QPU đầu tiên trên thế giới tích hợp lõi tô-pô, có thể mở rộng tới một triệu qubit trên một chip
- A hardware-protected topological qubit:
- Kết quả nghiên cứu được công bố trên Nature và tại cuộc họp Station Q
- Đặc trưng bởi kích thước nhỏ, tốc độ nhanh và điều khiển dựa trên kỹ thuật số
- Lộ trình thiết bị cho vận hành lượng tử ổn định:
- Con đường bắt đầu từ thiết bị qubit đơn và mở rộng thành mảng có thể sửa lỗi lượng tử
- Xây dựng nguyên mẫu chịu lỗi đầu tiên trên thế giới (fault-tolerant prototype, FTP):
- Thông qua giai đoạn cuối của chương trình DARPA US2QC, mục tiêu là hoàn thiện nguyên mẫu máy tính lượng tử có thể mở rộng trong vòng vài năm
Khai thác một loại vật liệu mới
- Microsoft đã phát triển một vật liệu đột phá mang tên topoconductor
- Vật liệu này kết hợp indium arsenide (Indium Arsenide, chất bán dẫn) và nhôm (Aluminum, chất siêu dẫn) để hiện thực hóa trạng thái siêu dẫn tô-pô
- Khi hạ nhiệt độ xuống mức cực thấp và điều chỉnh từ trường, có thể hình thành Majorana Zero Modes(MZMs) ở đầu các nanowire
- Tận dụng đặc tính các electron ở trạng thái phân tán, không ghép cặp để lưu trữ thông tin lượng tử
- Trong cấu trúc này, việc đọc thông tin lượng tử từng rất khó, nhưng Microsoft đã giải quyết bằng quantum dot
- Thông qua quantum dot, họ đo sự thay đổi điện tích và quan sát thay đổi về hệ số phản xạ để xác định trạng thái chẵn/lẻ (= parity) của nanowire
- Ở phép đo ban đầu, tỷ lệ lỗi vào khoảng 1%, và đã xác nhận được con đường rõ ràng để giảm xuống
- Dù năng lượng bên ngoài (như sóng điện từ) có thể làm vỡ cặp, điều này được xác nhận là chỉ xảy ra hiếm hoi ở thang mili giây
- Cuối cùng, vật liệu độc đáo này có lợi cho việc bảo vệ thông tin lượng tử, và một phương pháp ổn định để đo nó cũng đã được thiết lập
Đổi mới điều khiển lượng tử bằng độ chính xác số
- Chiến lược là áp dụng phương thức vận hành dựa trên phép đo để giảm sự phụ thuộc vào điều khiển analog truyền thống
- Phương pháp cũ cần những tín hiệu phức tạp và cực kỳ chính xác để xoay từng qubit
- Ngược lại, phương thức dựa trên phép đo của Microsoft đọc trạng thái lượng tử và thực hiện phép tính bằng các xung số đơn giản
- Điều này đơn giản hóa quá trình sửa lỗi lượng tử (QEC), giúp việc quản lý đồng thời số lượng lớn qubit trở nên dễ dàng hơn nhiều
Từ vật lý sang kỹ thuật
- Microsoft đưa ra một kiến trúc có thể mở rộng dựa trên tetron, thiết bị qubit đơn
- Tetron gồm hai dây tô-pô song song với nhau và một cấu trúc siêu dẫn kết nối chúng
- Mỗi đầu của từng dây đều có MZM, tạo thành một tetron với tổng cộng bốn MZM
- Nhóm nghiên cứu đã đo parity của một nanowire đơn trong tetron, đồng thời cũng tiến hành thí nghiệm chồng chập bằng một quantum dot khác
- Bước tiếp theo là xây dựng mảng tetron 4×2 để thử nghiệm môi trường đa qubit và cuối cùng thiết lập lộ trình dẫn tới sửa lỗi lượng tử
- Đặc tính bảo vệ nội tại của qubit tô-pô kết hợp với mã sửa lỗi tùy chỉnh của Microsoft có thể tối ưu mạnh số lượng qubit vật lý cần thiết và xung nhịp hoạt động
Cách tiếp cận được DARPA công nhận
- Trong chương trình Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing(US2QC) của DARPA, Microsoft đã bước vào giai đoạn cuối
- Đây là kết quả cho thấy kế hoạch xây dựng máy tính lượng tử dựa trên qubit tô-pô của Microsoft được đánh giá là đáng tin cậy
- Ở giai đoạn cuối, Microsoft có kế hoạch hoàn thành fault-tolerant prototype(FTP) chỉ trong vài năm, qua đó đẩy nhanh tiến độ tiến tới điện toán lượng tử ở quy mô thực tiễn
- Khi nguyên mẫu này hoàn thành, đó sẽ là một bước ngoặt quan trọng giúp giải quyết bằng lượng tử những bài toán mà siêu máy tính hiện nay khó xử lý
Hiện thực hóa tiềm năng của điện toán lượng tử
- Trong lộ trình siêu máy tính lượng tử mà Microsoft đưa ra 18 tháng trước, hiện hãng đã đạt tới cột mốc thứ hai
- Cột mốc đầu tiên là chứng minh khái niệm cho qubit tô-pô
- Cột mốc thứ hai là hiện thực hóa topological qubit trên thiết bị thực tế
- Họ đã bố trí tám qubit tô-pô trên một chip, và hệ thống này có tiềm năng mở rộng lên một triệu qubit
- Máy tính lượng tử quy mô lớn được kỳ vọng có thể giải quyết những vấn đề mà siêu máy tính hiện tại khó xử lý, như thiết kế vật liệu mới hay mô phỏng phân tử
- Thông qua hợp tác với DARPA, Microsoft sẽ đẩy nhanh điện toán lượng tử thực tiễn và có kế hoạch tiếp tục chia sẻ các tiến triển trong tương lai
2 bình luận
Có vẻ như thay vì cách cũ là quan sát hiện tượng lượng tử tại một điểm cụ thể trong lối giải thích mang tính ví von, thì ở đây họ quan sát hiện tượng lượng tử trên một đường cụ thể, nhờ đó khả năng chống chịu lỗi tăng lên và nhiều thứ cũng trở nên thuận tiện hơn.
Dù sao đi nữa, vì đây là việc kéo một bài toán thuộc lĩnh vực Science sang lĩnh vực Engineering, nên có lẽ ta có thể kỳ vọng mức cải thiện hiệu năng theo cấp số nhân, giống như ngày xưa Intel từng tăng gấp đôi hiệu năng mỗi năm.
Tất nhiên, hiện tại vẫn chưa rõ đây là thời kỳ ENIAC của máy tính lượng tử hay đã là thời kỳ Intel 386.
Trong các bài báo khác thì nói đó là trạng thái thứ tư, không phải rắn, lỏng hay khí.... Tôi mù tịt về vật lý nên cũng chỉ biết hiểu đại khái vậy thôi haha