Chip lượng tử Majorana 2 của Microsoft ổn định gấp 1.000 lần, qubit tồn tại 20 giây

Microsoft vừa công bố chip lượng tử Majorana 2 với độ tin cậy qubit tăng gấp 1.000 lần so với thế hệ trước, thời gian tồn tại trung bình của qubit đạt 20 giây và một số trường hợp kéo dài đến một phút.

Hãng đồng thời rút ngắn lộ trình phát triển máy tính lượng tử thương mại xuống còn năm 2029, sớm hơn một nửa so với kế hoạch ban đầu.

Chip lượng tử mới Microsoft Majorana 2. Ảnh: Microsoft

Vật liệu chì thay thế nhôm giải quyết điểm yếu cốt lõi của điện toán lượng tử

Để hiểu tại sao Majorana 2 là bước tiến quan trọng, cần nhìn vào vấn đề mà điện toán lượng tử vật lộn suốt nhiều thập kỷ qua, đó là qubit cực kỳ mong manh và dễ bị nhiễu bởi tác động bên ngoài. Không như bit nhị phân trong máy tính thông thường chỉ mang giá trị 0 hoặc 1, qubit có thể tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái nhưng chỉ cần một dao động nhiệt độ nhỏ hay một rung động cơ học là trạng thái đó sụp đổ ngay lập tức, xóa sạch phép tính đang thực hiện.

Majorana 2 giải quyết bài toán này bằng cách thay thế vật liệu siêu dẫn nhôm vốn dùng trong thế hệ Majorana 1 ra mắt năm 2025 bằng chì, một vật liệu có khả năng cách ly qubit khỏi các nhiễu loạn bên ngoài tốt hơn đáng kể. Kết quả là tuổi thọ trung bình của qubit trên Majorana 2 đạt 20 giây, với một số qubit duy trì trạng thái lên đến một phút, trong khi tốc độ vận hành được đo bằng đơn vị micro giây và kích thước vật lý của từng qubit thu nhỏ đến mức cực kỳ nhỏ gọn.

Chetan Nayak, thành viên kỹ thuật cấp cao của Microsoft, nhận định thẳng thắn rằng “chúng tôi cần cải thiện mỗi năm để tiến gần hơn đến một cỗ máy có giá trị thương mại và xã hội to lớn” và khẳng định “so với năm ngoái, chúng tôi đang giỏi hơn 1.000 lần.”

Tác nhân thông minh rút ngắn hàng chục năm nghiên cứu

Song song với bước đột phá về phần cứng, Microsoft tiết lộ một yếu tố ít được chú ý hơn nhưng có vai trò then chốt trong quá trình phát triển Majorana 2, đó là nền tảng nghiên cứu Microsoft Discovery sử dụng các tác nhân tự động để hỗ trợ nhà khoa học xử lý công việc mà trước đây đòi hỏi nhiều năm làm thủ công.

Đội ngũ kỹ thuật lượng tử của Microsoft đã dùng nền tảng này để tự động hóa các phép đo phức tạp, tối ưu hóa quy trình chế tạo, phân tích hàng chục năm dữ liệu nghiên cứu tích lũy và phát hiện ra những lỗi sản xuất tiềm ẩn mà trước đó không ai nhận ra. Chetan Nayak mô tả sự thay đổi này một cách súc tích khi nói rằng các tác nhân tự động “đã thấm vào gần như mọi thứ chúng tôi làm và trở thành một phần rất tự nhiên trong quy trình làm việc.”

Microsoft cũng thông báo Microsoft Discovery đã chính thức ra mắt rộng rãi cho các tổ chức muốn triển khai tác nhân tự động trong nghiên cứu khoa học và kỹ thuật, kèm theo phiên bản xem trước dạng ứng dụng cá nhân chạy cục bộ thông qua tài khoản GitHub Copilot.

Mục tiêu 2029 và cuộc đua thực dụng hóa máy tính lượng tử

Tuyên bố đặt mục tiêu hoàn thiện máy tính lượng tử có thể mở rộng vào năm 2029 của Microsoft mang ý nghĩa vượt ra ngoài phạm vi một hãng công nghệ đơn lẻ, bởi nó diễn ra trong bối cảnh các tập đoàn công nghệ lớn đang chạy đua quyết liệt để biến điện toán lượng tử từ thí nghiệm phòng lab thành công cụ thực dụng cho những bài toán mà máy tính thông thường không thể giải trong thời gian hợp lý.

Các lĩnh vực hưởng lợi trực tiếp từ máy tính lượng tử thực sự bao gồm phát triển thuốc, nghiên cứu vật liệu mới, tối ưu hóa chuỗi cung ứng và sản xuất năng lượng sạch, tất cả đều là những bài toán mà cả nhân loại đang cần lời giải gấp.

Nghiên cứu mô tả hiệu suất qubit của Majorana 2 với tên gọi “20 Second Parity Lifetime in an InAs-Pb Device” đã được Microsoft công bố chính thức, đặt nền tảng khoa học có thể kiểm chứng cho những tuyên bố mà trước đây thường chỉ dừng lại ở hứa hẹn.

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 tửMicrosoft 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...