Microsoft sẵn sàng thống trị ngành công nghiệp máy tính lượng tử
Microsoft Azure gần đây cho biết nhóm nghiên cứu máy tính lượng tử của họ đã phát minh ra “một loại qubit mới”, dựa trên các đặc tính vật lý khó nắm bắt, chưa từng được chứng minh.
Giải pháp ngăn xếp đầy đủ
Microsoft có lẽ không phải là cái tên đầu tiên xuất hiện trong đầu khi ai đó nhắc về ngành điện toán lượng tử. Google đã có bước đột phá về tinh thể thời gian (time crystals) hoành tráng vào năm ngoái. IBM là công ty công nghệ lớn đầu tiên phát triển hệ thống điện toán lượng tử hướng tới người tiêu dùng, và hiện tham gia vào cuộc cạnh tranh gay gắt với Google, D-Wave, công ty Canada đã xây dựng máy tính lượng tử trong hơn 20 năm qua.
Để tạo ra lối đi của riêng mình, Microsoft đã lựa chọn theo đuổi một con đường khác với tất cả đối thủ. “Loại qubit mới” mà nhóm Azure đã phát triển được gọi là qubit tôpô (topological qubit), và theo như lời các chuyên gia, nó chưa từng được chứng minh trước đây.
Theo Azure, qubit tôpô đại diện cho con đường nhanh nhất dẫn đến máy tính lượng tử cỡ công nghiệp. Điều này ngụ ý Microsoft đang để mắt đến thị trường điện toán lượng tử và tự hình dung mình là công ty dẫn đầu toàn cầu. Trước khi có đột phá về qubit tôpô, tham vọng lượng tử của hãng công nghệ Mỹ hơi mờ nhạt. Tuy nhiên, ở thời điểm này, rõ ràng là Microsoft đã dự định phát triển một giải pháp điện toán lượng tử ngăn xếp đầy đủ (full stack) có hệ thống dựa trên cổng khai thác một triệu qubit. Giải pháp ngăn xếp là tập hợp các hệ thống con phần mềm, hoặc các thành phần cần thiết, để tạo ra một nền tảng hoàn chỉnh mà không cần phần mềm bổ sung để hỗ trợ các ứng dụng.
Loại qubit mới sẽ cho phép Microsoft xây dựng máy tính lượng tử có khả năng giải quyết những vấn đề khó khăn nhất mà nhân loại phải đối mặt
Tham vọng lượng tử
Hiện không thể xác định liệu một triệu qubit tôpô sẽ có khả năng hoạt động như thế nào trong các máy tính lượng tử tương lai của Microsoft. Lĩnh vực này còn quá non trẻ, thậm chí chỉ vài tháng trước đây, công nghệ mà Microsoft đang sử dụng còn được coi là giả định. Tuy nhiên, việc Microsoft có thể đi từ nghiên cứu lý thuyết đến xuất bản một bài đăng trên blog phác thảo con đường kinh doanh cho lĩnh vực công nghệ này là minh chứng cho tốc độ muốn kinh doanh nhanh chóng. Tập đoàn máy tính Mỹ dường như đang dồn toàn bộ sức nặng của mình vào công nghệ lượng tử, và không có nhiều chỗ để tiên lượng khi nói đến việc phát triển, mở rộng các hệ thống lượng tử. Các hệ thống này đòi hỏi hàng trăm triệu USD đầu tư để xây dựng, duy trì và vận hành.
Khi được hỏi về thời gian tạo ra phần cứng có khả năng mở rộng một triệu qubit cấu trúc liên kết, nhóm Azure cho biết công nghệ cơ bản đã hoạt động về “mặt kỹ thuật nhiều hơn”. Điều đó có khả năng trong vòng một thập niên nữa, chúng ta sẽ thấy tham vọng máy tính lượng tử của Microsoft trở thành hiện thực.
Video đang HOT
Được biết, Microsoft đang có kế hoạch cung cấp quyền truy cập vào bộ xử lý 1.000 qubit vào cuối năm 2023. Nhưng đây sẽ không phải là mô hình qubit tôpô mà nhóm Azure vừa phát minh. Thay vào đó, Microsoft đã hợp tác với Pasqal, công ty chuyên tạo ra phần cứng để chạy một loại công nghệ lượng tử khác gọi là xử lý lượng tử “dựa trên nguyên tử trung tính”. Theo thông cáo báo chí, ông Krysta Svore, Phó chủ tịch Phần mềm lượng tử của Microsoft, đã mô tả mối quan hệ hợp tác này là cách để mang công nghệ lượng tử đến khách hàng của cả hai công ty ngay lập tức. Hợp tác với Pasqal khắc phục điểm yếu lớn nhất của Microsoft trong ngành công nghiệp lượng tử, bằng cách cung cấp cho công ty giải pháp trung hạn để lấp đầy khoảng cách thời gian giữa năm 2023 và một thời điểm khác trong tương lai, khi hệ thống điện toán lượng tử mới có thể mở rộng ở quy mô lớn hơn.
T.iền đề cho những tính toán cuối cùng
Hiện chưa thể trả lời chắc chắn về việc liệu tinh thể thời gian của Google, giải pháp dựa trên cổng mới của D-Wave, cách tiếp cận lặp đi lặp lại của IBM, hay các qubit cấu trúc liên kết mới của Microsoft sẽ chiếm ưu thế. Mười năm tới sẽ tạo t.iền đề cho những tính toán cuối cùng.
Cũng giống như thị trường trí tuệ nhân tạo (AI), điện toán lượng tử yêu cầu giải pháp đặt trước trong từng trường hợp cụ thể. IBM, Google, D-Wave và Microsoft sẽ không sớm xuất hiện ồ ạt các kệ hàng bằng máy tính lượng tử đa năng. Họ sẽ cạnh tranh để có được mối quan hệ đối tác lớn với các hợp đồng dài hạn, sinh lời. Mỗi công ty sẽ phải dựa vào thế mạnh của riêng mình để tìm ra con đường duy nhất dẫn đến sự nổi bật tiềm năng. Và đối với Microsoft, điều đó có nghĩa là kết nối với các đối tác thông qua hệ sinh thái Azure và thu được hợp đồng chính phủ trả phí cao.
Từ vị trí quan sát của giới chuyên gia trong ngành, Microsoft dường như đã bắt kịp các đối thủ. Nhận định này không hoàn toàn đảm bảo chiến thắng về lượng tử cho Microsoft, vì thật sự không có gì là đảm bảo trong môi trường vật lý lý thuyết, nhưng sẽ thật ngớ ngẩn nếu xếp hãng này đứng sau các đối thủ nặng ký trong bất kỳ cuộc đua công nghệ nào.
Microsoft kiến tạo thành công trạng thái lượng tử không có trong tự nhiên, thiết lập cột mốc lịch sử cho ngành điện toán lượng tử
Microsoft chứng minh sự tồn tại của một trạng thái lượng tử được phỏng đoán từ năm 1937, và dựa vào nó để đưa máy tính lượng tử lên tầm cao mới.
Dự án nghiên cứu máy tính lượng tử Azure Quantum của Microsoft vừa chế tạo thành công một thiết bị đặc biệt, có khả năng sản sinh đặc tính lượng tử vốn đã được khoa học đề cập tới từ lâu nhưng chưa một lần được thực hiện thành công trong thế giới thực.
Đây là đột phá mấu chốt để sản sinh thành công bit lượng tử (qubit) mới, có tính ổn định cao, và làm t.iền đề phát triển một cỗ máy tính lượng tử với quy mô lớn.
Chip lượng tử do Microsoft chế tạo.
" Thật tuyệt vời khi thấy con người có thể kiến tạo ra một trong những khía cạnh kỳ lạ của vật lý trong vũ trụ. Và chúng tôi mong có thể tận dụng nó để làm thứ tưởng như bất khả thi - là sản xuất máy tính lượng tử có mức sai sót chấp nhận được, rồi đẩy ngành điện toán tới một tầm cao mới, gần tới mức thế giới tự nhiên vận hành", Krysta Svore, kỹ sư Microsoft và cũng là người dẫn dắt chương trình phát triển phần mềm lượng tử cho hay.
Được xây dựng dựa trên nhiều công trình nghiên cứu trải dọc hai thập kỷ và những nỗ lực chế tạo các chương trình giả lập tiên tiến, nhóm Azure Quantum chế tạo được thiết bị sản sinh ra trạng thái tô pô của vật chất đang bị kẹo trong một cặp phương thức Majorana số không*.
* Lược sử Majorana zero mode - MZM, tạm dịch là phương thức Majorana số không (theo tạp chí đăng tải nghiên cứu khoa học PNAS):
Năm 1937, nhà vật lý lý thuyết người Ý Ettore Majorana chỉ ra rằng, không giống công thức của Dirac vốn mô tả electron và phản hạt positron của nó, còn tồn tại một trạng thái khác nữa, nơi hạt có tính fermi cũng chính là phản hạt** của nó. Cho dù hạt này vẫn chưa được các nhà nghiên cứu vật lý hạt phát hiện (tính tới trước thời điểm này), giả thuyết cho rằng một cặp trạng thái Majorana vẫn có thể tồn tại ở điểm cuối của một dây siêu dẫn được thiết kế theo một cách đặc biệt.
Những phương thức Majorana số không này có thể tạo thành qubit cho một cỗ máy tính lượng tử sở hữu mức sai số chấp nhận được.
** Phản hạt: trong vật lý hạt, với mỗi loại hạt sẽ tồn tại một phản hạt có cùng khối lượng nhưng lại mang đặc tính trái ngược (ví dụ như điện tích trái nhau khi xét về tính điện từ, hay màu tích trái nhau khi xét tới giả thuyết bảng màu tương tác lượng tử QCD).
Theo như những gì ta đang biết, trạng thái lượng tử đặc biệt MZM không tồn tại trong tự nhiên, chỉ có thể xuất hiện trong những điều kiện vô cùng chính xác. Đã từ lâu, khoa học tìm cách kiến tạo chúng trong phòng thí nghiệm.
Ở thời điểm này, nhóm nghiên cứu Azure Quantum đã có thể tạo ra thứ gọi là trạng thái tô pô, đồng thời đo đạc được khoảng cách tô pô và đ.ánh giá được tính ổn định của trạng thái.
Tổ hợp thiết bị dùng để giữ cho máy tính lượng tử chạy ổn định trong môi trường cực lạnh.
Từ đây, Microsoft có thể tạo ra một qubit đặc biệt, được gọi là qubit tô pô. Theo Microsoft, cỗ máy lượng tử tương lai của họ sẽ có tính ổn định cao hơn so với những loại qubit khác, từ đó quy mô của nó có thể chạm tới đỉnh cao chưa ai ngờ. Máy tính lượng tử, vốn được coi là bước tiến hóa tiếp theo của máy tính và siêu máy tính, sẽ tận dụng cơ học lượng tử (trường phái khoa học mô tả hoạt động của hạt hạ nguyên tử) để xử lý thông tin theo những cách thức, quy mô con người chưa mường tượng tới.
" Tìm ra được cách xóa bỏ nạn đói cũng như cứu Trái Đất khỏi biến đổi khí hậu sẽ yêu cầu ta khám phá, tối ưu hạt phân tử, tác vụ vốn bất khả thi với máy tính cổ điển, và đó là lúc máy tính lượng tử cứu cánh", chủ tịch mảng lượng tử của Microsoft Zulfi Alam nhận định.
Tuy nhiên, trước khi những kế hoạch đầy tham vọng trở thành sự thực, Azure Quantum ước tính máy tính lượng tử phải mạnh ít nhất 1 triệu qubit. Hiện tại, các hệ thống máy tính lượng tử không áp dụng kỹ thuật của Microsoft mới chỉ mạnh hơn 100 qubit, chưa kể việc tăng quy mô những cỗ máy tính vẫn còn là bài toán khó giải.
Đó là lý do Azure Quantum tập trung nghiên cứu qubit tô pô, được cho là nhanh hơn, kích cỡ nhỏ hơn, và ít mất mát dữ liệu hơn những qubit thông thường. Suốt năm qua, đội nghiên cứu phần cứng của Azure Quantum đã làm việc không ngừng nghỉ để thử nghiệm, chứng minh trạng thái lượng tử mới là ổn định.
Hiện các nhà nghiên cứu Microsoft đã tiến hành bước lắp ráp thiết bị máy tính lượng tử.
Các chuyên gia tại Phòng thí nghiệm Vật liệu Lượng tử Copenhagen của Microsoft cũng bỏ ra nhiều năm nghiên cứu, hoàn thiện kỹ thuật cho phép kỹ sư tạo ra những cỗ máy chính xác ở mức nguyên tử. Nhờ những nỗ lực không biết mệt mỏi, Microsoft đã có được đột phá mới.
Tuy nhiên, các lãnh đạo mảng lượng tử của Microsoft chưa dám lạc quan, khi khối lượng công việc trước mắt vẫn còn nhiều vô kể. Một cỗ máy tính lượng tử có thể tăng quy mô theo ý muốn vẫn còn là ước mơ ở thời điểm hiện tại.
Nhưng với đột phá mới, đi kèm sự xuất hiện của những hệ thống giả lập tiên tiến và những thiết với độ chính xác cực cao, dự án đã dần được định hình, không còn nằm hoàn toàn trong vòng bí ẩn.
" Không còn chướng ngại vật lớn nào trong sản sinh qubit tô pô nữa", quản lý cấp cao Lauri Sainiemi nhận định. " Điều này không có nghĩa chúng tôi đã xong việc - vẫn còn hàng tấn việc cần làm. Nhưng những vấn đề cơ bản đã có câu trả lời, và giờ chúng tôi đang tiếp cận các vấn đề kỹ thuật và đó sẽ là thứ chúng tôi theo đuổi".
Vì sao Mỹ cố ngăn Trung Quốc phát triển công nghệ lượng tử? Trong số các công ty Trung Quốc bị chính quyền Mỹ cấm tiếp cận công nghệ, có 2 công ty và 1 trường đại học đã góp phần tạo ra siêu máy tính lượng tử nhanh nhất thế giới hiện tại, với tốc độ tính toán vượt qua bộ xử lý Sycamore của Google. Financial Times đưa tin, Bộ Thương mại Mỹ vừa...
