IBM Đẩy Mạnh Khả Năng Tính Toán Lượng Tử Với Phần Cứng Và Phần Mềm Mới
IBM vừa công bố một loạt cải tiến về phần cứng và phần mềm máy tính lượng tử, hứa hẹn mang lại hiệu suất tính toán cao hơn và ít lỗi hơn. Mặc dù chưa đạt đến mức vượt trội so với máy tính cổ điển, những tiến bộ này cho thấy tiềm năng của máy tính lượng tử trong việc giải quyết các bài toán khoa học phức tạp.
Giới chuyên gia tin rằng tính toán lượng tử hiệu chỉnh lỗi là chìa khóa để thực hiện các phép tính lượng tử phức tạp, nhưng công nghệ này có thể phải đến cuối thập kỷ này mới hoàn thiện. Tuy nhiên, IBM tin rằng các phép tính lượng tử hữu ích, dù còn hạn chế, có thể thực hiện được sớm hơn. Hãng vừa công bố một loạt phát triển mới nhằm hiện thực hóa điều này.
Thay vì tập trung vào việc tăng số lượng qubit như trước đây, IBM hiện chú trọng cải thiện hiệu suất của bộ xử lý nhỏ hơn. Bộ xử lý Heron thế hệ thứ hai với 133 qubit là minh chứng cho hướng đi này. Con số này vẫn vượt quá khả năng mô phỏng của máy tính cổ điển, miễn là tỷ lệ lỗi được giữ ở mức thấp.
Một cải tiến quan trọng nằm ở việc giảm thiểu lỗi TLS (hệ thống hai mức). Các lỗi này phát sinh từ các khuyết tật trong cấu trúc điện tử, gây ra sự mất kết hợp lượng tử. Bằng cách điều chỉnh tần số hoạt động của qubit, IBM đã hạn chế được vấn đề này.
Phần mềm điều khiển hệ thống cũng được viết lại hoàn toàn, giúp tăng tốc độ xử lý đáng kể. Theo IBM, thời gian thực hiện một số tác vụ đã giảm từ 122 giờ xuống chỉ còn vài giờ. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí cho người dùng mà còn giảm thiểu lỗi phát sinh ngẫu nhiên trong quá trình tính toán.
Bên cạnh việc phát triển qubit hiệu chỉnh lỗi, IBM cũng đang tập trung vào kỹ thuật giảm thiểu lỗi. Kỹ thuật này khuếch đại và đo lường nhiễu của bộ xử lý để ước tính một hàm tương tự với phép đo thực tế. Sau đó, nhiễu của hàm này được đặt về 0 để ước tính kết quả tính toán trong điều kiện không có nhiễu.
Việc sử dụng kỹ thuật này gặp khó khăn về mặt tính toán, đặc biệt khi số lượng qubit tăng lên. Tuy nhiên, IBM đã tối ưu hóa quá trình này bằng cách sử dụng các cải tiến thuật toán và tận dụng sức mạnh của GPU.
Kết hợp tất cả những cải tiến này, IBM đã sử dụng hệ thống mới để mô phỏng mô hình Ising, một hệ thống lượng tử đơn giản, và đạt được kết quả khả quan sau 5.000 phép toán lượng tử (cổng). Thành công này cho phép các nhà nghiên cứu bắt đầu sử dụng phần cứng lượng tử để mô phỏng cấu trúc điện tử của một số hợp chất hóa học đơn giản, chẳng hạn như hợp chất sắt-lưu huỳnh.
Mặc dù những tiến bộ này rất đáng khích lệ, nhưng vẫn còn một chặng đường dài phía trước để máy tính lượng tử có thể vượt trội hoàn toàn so với máy tính cổ điển. Việc xác định khi nào phương pháp lượng tử trở nên tối ưu hơn so với tất cả các phương pháp cổ điển là một câu hỏi khoa học phức tạp, đòi hỏi sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu thuật toán và chuyên gia trong lĩnh vực. Cuộc đua giữa máy tính lượng tử và máy tính cổ điển vẫn đang tiếp diễn, và chúng ta có thể chứng kiến những bước đột phá mới trong vài năm tới.
