Thiết Bị Mới Được Phát Minh Điều Khiển Hàng Ngàn Qubit

Một nhóm các nhà khoa học và kỹ sư tại Đại học Sydney và Tập đoàn Microsoft (MSFT ) đã hợp tác phát triển một thiết bị mới có ý nghĩa lớn đối với tính toán lượng tử. Chip đơn này có thể hoạt động ở nhiệt độ lạnh hơn 40 lần so với không gian sâu và có khả năng điều khiển tín hiệu cho hàng ngàn qubit, những khối xây dựng cơ bản của máy tính lượng tử.

Kết quả được công bố trên Nature Electronics. 

Giáo sư David Reilly là người chịu trách nhiệm thiết kế chip. Ông có vị trí chung tại Đại học Sydney và Microsoft.

“Để hiện thực hóa tiềm năng của tính toán lượng tử, máy móc sẽ cần hoạt động hàng ngàn, nếu không muốn nói là hàng triệu qubit,” Giáo sư Reilly nói. 

“Máy tính lượng tử lớn nhất trên thế giới hiện nay chỉ hoạt động với khoảng 50 qubit,” ông tiếp tục. “Quy mô nhỏ này một phần là do giới hạn kiến trúc vật lý điều khiển qubit. Chip mới của chúng tôi đã chấm dứt những giới hạn đó.”

Hệ Thống Lượng Tử

Một trong những yêu cầu chính của hệ thống lượng tử hiệu quả là qubit phải hoạt động ở nhiệt độ gần như không, hoặc -273,15 độ. Lý do cho yêu cầu nhiệt độ này là để qubit không mất đi tính chất vật chất hoặc ánh sáng, điều cần thiết cho máy tính lượng tử để thực hiện các ứng dụng chuyên dụng. 

Một trong những lý do hệ thống lượng tử thường liên quan đến nhiều dây là chúng hoạt động dựa trên các lệnh, dưới dạng tín hiệu điện được gửi và nhận.

Giáo sư Reilly cũng là Điều tra viên trưởng tại Trung tâm Hệ thống Lượng tử Kỹ thuật (EQUS) của Hội đồng Nghiên cứu Úc. 

“Máy móc hiện tại tạo ra một mảng dây đẹp để điều khiển tín hiệu; chúng trông giống như một tổ chim vàng ngược hoặc một chiếc đèn chùm. Chúng rất đẹp, nhưng về cơ bản không thực tế. Điều đó có nghĩa là chúng tôi không thể mở rộng máy móc để thực hiện các tính toán hữu ích. Có một nút thắt thực sự về đầu vào-đầu ra,” Giáo sư Reilly nói.

Theo Tiến sĩ Kushal Das, Kỹ sư Phần cứng Cấp cao của Microsoft và đồng phát minh thiết bị, “Thiết bị của chúng tôi loại bỏ tất cả các cáp đó. Với chỉ hai dây mang thông tin làm đầu vào, nó có thể tạo ra tín hiệu điều khiển cho hàng ngàn qubit. Điều này thay đổi mọi thứ cho tính toán lượng tử.”

Phòng Thí Nghiệm Lượng Tử Microsoft

Chip mới được phát minh tại Phòng Thí Nghiệm Lượng Tử Microsoft, nằm tại Đại học Sydney. Sự hợp tác này kết hợp hai thế giới khác nhau để đưa ra các phương pháp tiếp cận sáng tạo đối với các thách thức kỹ thuật.

“Xây dựng một máy tính lượng tử có lẽ là nhiệm vụ kỹ thuật thách thức nhất của thế kỷ 21. Điều này không thể đạt được khi làm việc với một đội nhỏ trong một phòng thí nghiệm đại học ở một quốc gia duy nhất, mà cần quy mô được cung cấp bởi một công ty công nghệ toàn cầu như Microsoft,” Giáo sư Reilly nói.

“Thông qua sự hợp tác với Microsoft, chúng tôi không chỉ đề xuất một kiến trúc lý thuyết để vượt qua nút thắt đầu vào-đầu ra, mà chúng tôi đã xây dựng nó.

“Chúng tôi đã chứng minh điều này bằng cách thiết kế một chip silicon tùy chỉnh và kết nối nó với một hệ thống lượng tử,” ông nói. “Tôi tự tin nói rằng đây là mạch tích hợp tiên tiến nhất từ trước đến nay được xây dựng để hoạt động ở nhiệt độ lạnh sâu.”

Thiết bị mới được phát triển có thể đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển máy tính lượng tử, những công nghệ cách mạng nhất trong tầm tay chúng ta. Máy tính lượng tử cực kỳ tiên tiến trong khả năng giải quyết các vấn đề mà máy tính cổ điển không thể, chẳng hạn như những vấn đề trong lĩnh vực mã hóa, y học, trí tuệ nhân tạo và nhiều hơn.