Công nghệ qubit kép: Bước đột phá trong điện toán lượng tử?
Cuối năm thường là thời điểm chứng kiến hàng loạt thông báo về máy tính lượng tử. Năm nay, bên cạnh những cải tiến thông thường, chúng ta còn thấy sự xuất hiện của một công nghệ qubit hoàn toàn mới: qubit kép (dual-rail qubit).
Công nghệ này được thiết kế để phát hiện lỗi phổ biến nhất trong phần cứng một cách dễ dàng, từ đó giúp việc sửa lỗi hiệu quả hơn nhiều. Trong khi Amazon đang thử nghiệm công nghệ này, Quantum Circuits là công ty đầu tiên cung cấp quyền truy cập công khai vào qubit kép thông qua dịch vụ đám mây.
Vậy qubit kép là gì? Nó là một biến thể của transmon, loại qubit được ưa chuộng bởi các công ty như Google và IBM. Transmon liên kết một vòng dây siêu dẫn với một khoang nhỏ cho phép các photon vi sóng cộng hưởng. Sự hiện diện của photon vi sóng trong bộ cộng hưởng ảnh hưởng đến dòng điện trong dây và ngược lại.
Qubit kép sử dụng hai hệ thống như vậy được liên kết với nhau, cho phép photon di chuyển giữa hai bộ cộng hưởng. Vòng dây siêu dẫn được dùng để kiểm soát xác suất photon xuất hiện ở bộ cộng hưởng bên trái hay bên phải. Vị trí thực tế của photon vẫn chưa được biết cho đến khi nó được đo, cho phép hệ thống lưu trữ một bit thông tin lượng tử - một qubit.
Nhược điểm rõ ràng là cần gấp đôi phần cứng cho cùng một số lượng qubit. Tuy nhiên, lợi ích là hầu hết các lỗi (khoảng 90%) liên quan đến việc mất photon, và điều này rất dễ phát hiện. Andrei Petrenko của Quantum Circuits cho biết việc phát hiện mất photon giúp việc sửa lỗi hiệu quả hơn rất nhiều.
Mặc dù không loại bỏ hoàn toàn nhu cầu sửa lỗi cho các phép tính phức tạp, qubit kép giúp đơn giản hóa quá trình này. Phần cứng ban đầu được cung cấp còn quá nhỏ để thực hiện các phép tính hữu ích. Thay vào đó, Quantum Circuits đã liên kết tám qubit để tạo thành một qubit logic duy nhất cho phép sửa lỗi. Mục đích là để mọi người tìm hiểu cách sử dụng các tính năng độc đáo của qubit kép để cải thiện việc sửa lỗi.
Việc phát triển phần mềm điều khiển hoạt động cũng cần tận dụng khả năng phát hiện lỗi của qubit kép. Quantum Circuits đã phải phát triển bộ phần mềm riêng và cung cấp quyền truy cập phần cứng thông qua dịch vụ đám mây để kết nối trực tiếp với những người dùng đầu tiên.
Nhiều công ty đã phát hành nhiều phiên bản phần cứng lượng tử với hàng trăm qubit riêng lẻ. Vậy tại sao Quantum Circuits lại gia nhập thị trường với một máy chỉ có một số ít qubit? Điều này phản ánh một xu hướng chung trong ngành: tập trung vào việc giảm tỷ lệ lỗi thay vì chỉ tăng số lượng qubit.
Tương lai của điện toán lượng tử nằm ở việc sửa lỗi, đòi hỏi phải liên kết nhiều qubit phần cứng thành một qubit logic. Để đạt được hiệu suất mạnh mẽ, không có lỗi, có hai lựa chọn: sử dụng nhiều qubit phần cứng cho qubit logic hoặc giảm tỷ lệ lỗi của phần cứng. Cả hai lựa chọn đều đặt ra những thách thức khác nhau.
Giảm tỷ lệ lỗi phần cứng đòi hỏi phải đi sâu vào vật lý của từng qubit và phần cứng điều khiển chúng. Ngược lại, việc tăng số lượng qubit chủ yếu liên quan đến việc lặp lại những gì đã biết. Nói cách khác, việc mở rộng quy mô dễ dàng hơn việc giảm lỗi.
Các công ty mới gia nhập thị trường như Quantum Circuits đang đặt cược vào công nghệ riêng của họ để xử lý vấn đề tỷ lệ lỗi hiệu quả hơn. Điều này sẽ giảm quy mô cần thiết và việc mở rộng quy mô sẽ trở nên dễ dàng hơn. Họ tin rằng mình đã sẵn sàng để giải quyết bài toán mở rộng quy mô.
Công nghệ qubit kép của Quantum Circuits đại diện cho một hướng đi mới đầy hứa hẹn trong lĩnh vực điện toán lượng tử. Mặc dù còn nhiều thách thức phía trước, nhưng tiềm năng giảm thiểu lỗi và cải thiện hiệu suất tính toán của công nghệ này có thể mở ra những cơ hội mới cho việc xây dựng máy tính lượng tử thực tế trong tương lai.
