IBM hôm nay đã tiết lộ bộ xử lý lượng tử thế hệ tiếp theo, đẩy nhanh tiến độ xây dựng một máy tính lượng tử hữu ích.
Tại sự kiện dành cho nhà phát triển thường niên vào thứ Ba, công ty đã ra mắt bộ xử lý Nighthawk 120 qubit, được chế tạo để giải quyết các vấn đề phức tạp hơn. Nó cũng tiết lộ chip Loon thử nghiệm, một bước quan trọng hướng tới các hệ thống chống lỗi.
Những thành tựu về phần cứng này, cùng với những tiến bộ mới trong việc sửa lỗi, giúp IBM đi đúng hướng để đạt được “lợi thế lượng tử” vào năm 2026 và máy có khả năng chịu lỗi vào năm 2029. Tin tức này làm nóng cuộc đua lượng tử, sau bước đột phá lớn gần đây của đối thủ Google.
Nighthawk và Loon: Bước nhảy vọt hai hướng trong thiết kế bộ xử lý
Với phần cứng mới nhất của mình, IBM đang đặt cược rằng khả năng kết nối phức tạp và khả năng sửa lỗi mạnh mẽ sẽ vượt xa số lượng qubit thô của đối thủ. IBM đã công bố hai bộ xử lý riêng biệt, mỗi bộ xử lý giải quyết một phần khác của thách thức lượng tử.
Đầu tiên, IBM Quantum Nighthawk được thiết kế để mang lại lợi thế lượng tử trong vòng hai năm tới. Dự kiến vào cuối năm 2025, nó sẽ có 120 qubit được liên kết bởi 218 bộ ghép có thể điều chỉnh thế hệ tiếp theo.
Bộ xử lý lượng tử IBM Nighthawk (Nguồn: IBM)
Theo IBM, kiến trúc này sẽ cho phép người dùng chạy các mạch phức tạp hơn 30% so với bộ xử lý Heron hiện tại trong khi vẫn duy trì tỷ lệ lỗi thấp.
IBM cũng đặt ra lộ trình hiệu suất đầy tham vọng cho các hệ thống dựa trên Nighthawk, nhắm đến khả năng xử lý tối đa 7.500 cổng hai qubit vào năm 2026 và 15.000 vào năm 2028.
Trong khi Nighthawk vượt qua ranh giới của tiện ích ngắn hạn, bộ xử lý Loon thử nghiệm đặt nền tảng cho tương lai của điện toán có khả năng chịu lỗi.
Loon giới thiệu một kiến trúc mới trong đó mỗi qubit kết nối với sáu qubit khác, bao gồm cả theo chiều dọc, một khả năng mà chưa máy tính lượng tử siêu dẫn nào khác từng chứng minh. Khả năng kết nối ba chiều dày đặc như vậy là rất quan trọng để triển khai các mã sửa lỗi hiệu quả cần thiết cho các máy thực sự có khả năng mở rộng.
IBM Bộ xử lý lượng tử Loon (Nguồn: IBM)
Trong nhiều năm, một số nhà nghiên cứu đã đặt câu hỏi liệu những kết nối phức tạp như vậy có khả thi hay không. Jay Gambetta tại IBM đã ghi nhận sự hoài nghi, nói với New Scientist điều đó giống như thể mọi người đang nói: “’Bạn đang ở vùng đất lý thuyết, bạn không thể nhận ra điều đó.’Và [bây giờ] chúng tôi sẽ chứng minh điều đó [với be] sai.”
Đẩy nhanh lộ trình: Sửa lỗi và chế tạo quy mô công nghiệp
Bên dưới các thông báo về bộ xử lý là một cột mốc quan trọng trong sản xuất. IBM đã chuyển hoạt động sản xuất tấm bán dẫn lượng tử chính của mình sang cơ sở chế tạo 300mm tiên tiến tại Khu phức hợp công nghệ nano Albany.
Việc chuyển sang sử dụng công cụ tiêu chuẩn công nghiệp đã tăng gấp đôi tốc độ của chu trình R&D. Nó cho phép thiết kế chip phức tạp hơn và báo hiệu sự chuyển đổi từ công việc trong phòng thí nghiệm chuyên biệt sang sản xuất quy mô công nghiệp, một bước quan trọng để xây dựng các hệ thống lớn hơn.
Việc bắt kịp tốc độ công nghiệp này là một bước đột phá quan trọng về phần mềm và sửa lỗi. IBM thông báo họ đã trình diễn thành công việc giải mã các lỗi lượng tử theo thời gian thực bằng cách sử dụng mã qLDPC nâng cao trên phần cứng cổ điển, một bước quan trọng về khả năng chịu lỗi đã đạt được trước cả năm so với kế hoạch.
Để giúp những lợi ích phần cứng này có thể tiếp cận được, IBM đang tăng cường gói phần mềm Qiskit của mình. Giao diện C++ mới sẽ giúp thu hẹp khoảng cách giữa môi trường điện toán lượng tử và điện toán hiệu năng cao (HPC).
Hơn nữa, các kỹ thuật giảm thiểu lỗi mới do HPC cung cấp có thể giảm chi phí trích xuất kết quả chính xác hơn 100 lần. Tầm nhìn của công ty tập trung vào một hệ thống phần cứng và phần mềm hoàn chỉnh.
Như Jay Gambetta, Giám đốc Nghiên cứu của IBM và IBM Fellow, đã tuyên bố: “Chúng tôi tin rằng IBM là công ty duy nhất có khả năng nhanh chóng phát minh và mở rộng quy mô phần mềm, phần cứng, chế tạo và sửa lỗi lượng tử để mở khóa các ứng dụng biến đổi.”
Cuộc đua lượng tử nóng lên: Chiến lược của IBM trong lĩnh vực đông đúc
Trong một lĩnh vực có nhiều kiến trúc cạnh tranh, Cách tiếp cận mô-đun của IBM trước tiên nhằm mục đích xây dựng một nền tảng đáng tin cậy. Các thông báo của IBM xuất hiện trong một môi trường cạnh tranh khốc liệt.
Mới tháng trước, Google tuyên bố họ đã đạt được’lợi thế lượng tử có thể kiểm chứng được’, trong khi đối thủ cạnh tranh Quantinuum gần đây đã công bố hệ thống Helios 98 qubit mà họ gọi là hệ thống chính xác nhất thế giới máy tính lượng tử thương mại.
Chiến lược của IBM trái ngược hoàn toàn với các đối thủ này và những đối thủ khác như Microsoft và Amazon, những công ty đang theo đuổi các công nghệ qubit khác nhau.
Big Blue tập trung vào việc hoàn thiện các qubit siêu dẫn của mình bằng cách thiết kế khả năng kết nối tốt hơn và phát triển một khung sửa lỗi mạnh mẽ có thể chạy trên các hệ thống lượng tử-cổ điển lai.
Vật lộn với thách thức cơ bản về tính không ổn định của qubit là một nỗ lực toàn ngành. Một bước đột phá gần đây của Đại học Princeton, không liên quan đến công trình của IBM, đã minh họa tầm quan trọng của vấn đề này.
Các nhà nghiên cứu ở đó đã phát triển một thiết kế qubit mới có độ ổn định lâu hơn 15 lần so với các tiêu chuẩn ngành hiện tại.
Andrew Houck của Princeton đã nhận xét về tiến trình chung, nói rằng:”Tiến bộ này đưa điện toán lượng tử ra khỏi lĩnh vực chỉ có thể thực hiện được và bước vào lĩnh vực thực tế. Bây giờ chúng ta có thể bắt đầu đạt được tiến bộ nhanh hơn nhiều”.
Cuối cùng, thành công mới nhất của IBM đã định hình lại một phần quan trọng của cuộc thi lượng tử. Trọng tâm đang chuyển từ số lượng qubit thô sang kỹ thuật của các hệ thống có thể kiểm chứng, lặp lại và thực tế. Stephen Bartlett tại Đại học Sydney đã đưa ra quan điểm đo lường về bộ xử lý mới, nêu rõ: “Đây không phải là viên đạn bạc có thể giải quyết được tất cả các vấn đề… nhưng dù sao nó cũng là một bước quan trọng hướng tới mục tiêu này.”
Bằng cách chứng minh rằng các thành phần cốt lõi cho một tương lai có khả năng chịu lỗi cao có thể được xây dựng và mở rộng quy mô, IBM đã đưa tương lai đó đến gần hơn một cách đáng kể.
