FAQ về qubit tô pô (Topological Qubit) của Microsoft

• Tác giả bài viết là Scott Aaronson: một nhà khoa học máy tính nổi tiếng trong lĩnh vực lý thuyết độ phức tạp tính toán và điện toán lượng tử, có cuốn sách Bài giảng về điện toán lượng tử của Scott Aaronson

Q1. Bạn đã xem công bố của Microsoft chưa?

A. Có, tôi đã xem. Không cần hỏi quá nhiều đâu! Chetan Nayak của Microsoft đã có buổi trao đổi riêng với tôi vài tuần trước, và tôi cũng đã nêu ý kiến về việc này trên BBC World Business Report và MIT Technology Review.

Q2. Qubit tô pô là gì?

A. Đây là một loại qubit đặc biệt được tạo ra bằng anyon không giao hoán (Nonabelian anyons).

• Anyon là các kích thích (excitation) mang tính hạt có thể tồn tại trong môi trường hai chiều, không phải fermion cũng không phải boson.
• Vào cuối thập niên 1990, Alexei Kitaev, Michael Freedman và những người khác đã bắt đầu nghiên cứu về mặt lý thuyết.
• Tuy nhiên, nó khó chế tạo và điều khiển hơn rất nhiều so với qubit thông thường.

Q3. Vì sao qubit tô pô quan trọng?

A. Qubit tô pô có khả năng chống chịu tốt hơn với hiện tượng mất kết hợp lượng tử (Quantum Decoherence).

• Qubit thông thường khi phát sinh lỗi thì phải được sửa bằng phần mềm (Quantum Error Correction).
• Qubit tô pô có cấu trúc khiến lỗi khó phát sinh về mặt vật lý hơn.
• Nói cách khác, miễn là sự bện (braiding) của anyon không giao hoán không thay đổi thì lỗi sẽ không xuất hiện.
• Vì có khả năng chống lỗi ở cấp phần cứng, gánh nặng hiệu chỉnh bằng phần mềm sẽ giảm đi.

Q4. Microsoft có phải là bên đầu tiên tạo ra qubit tô pô không?

A. Microsoft khẳng định như vậy.

• Tuy nhiên, một câu quan trọng đã được phát hiện trong tài liệu phản biện của tạp chí Nature:

  "Kết quả của bài báo này không chứng minh được sự tồn tại của Majorana zero mode trong thiết bị được báo cáo."

• Tức là, Microsoft tuyên bố đã tạo ra qubit tô pô, nhưng điều đó vẫn chưa được công nhận trong quá trình phản biện đồng cấp (peer review) của Nature.

Q5. Chẳng phải Microsoft từng tuyên bố đã tạo ra Majorana zero mode bằng thực nghiệm vào năm 2018 rồi sau đó rút lại sao?

A. Đúng vậy.

• Vì thế, một số chuyên gia vẫn giữ thái độ thận trọng với công bố lần này.
• Khi tôi hỏi Chetan Nayak về mức độ đáng tin cậy, ông ấy trả lời: "Hiện giờ chúng tôi đã có một qubit tô pô hoạt động hoàn chỉnh. Anh còn muốn gì hơn nữa?"

Q6. Công bố này có phải là một thành tựu khoa học quan trọng không?

A. Nếu đúng như tuyên bố, đây sẽ là một cột mốc lớn trong lĩnh vực điện toán lượng tử tô pô và vật lý.

• Cho đến nay, số qubit tô pô được xử lý trong thực nghiệm đã tăng từ 0 lên 1.
• Cũng có thể xem đây là việc tạo ra một trạng thái vật chất mới (a new state of matter).
• Tuy nhiên, điều mỉa mai là đó là trạng thái không được tìm thấy trong tự nhiên, mà chỉ tồn tại trên tạp chí Nature.

Q7. Điều này đã thực sự hữu ích chưa?

A. Vẫn chưa!

• Đừng tin bất kỳ ai nói rằng có thể thực hiện các phép tính hữu ích với 1 qubit hoặc 30 qubit.
• Microsoft cũng không đưa ra tuyên bố như vậy.
• Về việc trong tương lai máy tính lượng tử thực sự sẽ hữu ích ở đâu, bạn có thể tham khảo kho lưu trữ 20 năm qua của blog này.

Q8. Công bố lần này có chứng minh rằng qubit tô pô là tương lai của điện toán lượng tử không?

A. Vẫn chưa được chứng minh.

• Nếu tuyên bố của Microsoft là đúng, thì qubit tô pô mới chỉ đạt đến mức của qubit thông thường cách đây 20~30 năm.
• Google, IBM, Quantinuum, QuEra hiện đã xử lý thực nghiệm hàng chục đến hàng trăm qubit vướng víu.
• Để qubit tô pô thành công, nó phải đáng tin cậy hơn rất nhiều so với các cách tiếp cận hiện tại.
• Giống như transistor đã thay thế đèn chân không, nó phải có ưu thế áp đảo so với cách làm hiện tại, nhưng điều đó hiện vẫn chưa rõ ràng.

Q9. Ngoài Microsoft còn có công ty nào nghiên cứu qubit tô pô không?

A. Hầu như không có.

• Microsoft về thực chất là công ty lớn duy nhất.
• Nokia Bell Labs và Đại học Delft của Hà Lan cũng đang nghiên cứu, nhưng quy mô nhỏ hơn.
• Dù vậy, việc vẫn có một công ty theo đuổi cách tiếp cận tô pô đến cùng là điều thú vị.

Q10. Liệu Microsoft có thể tạo ra một triệu qubit tô pô trong vài năm tới không?

A. Trong PR và các bài báo khoa học phổ thông thì có thể lắm chứ?

• Nhưng trên thực tế, cụm "trong vài năm tới" là quá lạc quan.
• Chúc Microsoft và các đối thủ may mắn, và thời gian tới sẽ rất đáng chú ý.
• Tất nhiên, với điều kiện là trước đó chúng ta vẫn còn duy trì được một xã hội văn minh...

[xguru]

Microsoft công bố bộ xử lý lượng tử 'Majorana 1'