IBM phát triển hệ thống làm lạnh sâu dạng module có thể đạt nhiệt độ dưới -273,14 độ C, mở đường cho máy tính lượng tử mạnh mẽ hơn ra mắt năm 2029.
Live Science hôm 19/8 đưa tin IBM ra mắt tủ lạnh lượng tử modul đầu tiên có thể nối liền để tạo ra môi trường làm lạnh cho hàng trăm chip lượng tử. Hệ thống này có khả năng làm lạnh tới dưới -273,14 độ C, đánh dấu bước tiến quan trọng khi IBM hướng tới giới thiệu máy tính lượng tử chịu lỗi quy mô lớn vào năm 2029, áp dụng kỹ thuật sửa lỗi lượng tử để khắc phục nhiễu theo thời gian thực và thực hiện các tác vụ mà không bị gián đoạn.
Máy tính lượng tử hứa hẹn thực hiện nhiều phép tính quy mô lớn trong thời gian ngắn hơn nhiều so với những siêu máy tính nhanh nhất hiện nay. Khác với máy tính thông thường sử dụng bit nhị phân, chỉ lưu trữ 0 hoặc 1, loại máy tính này dùng bit lượng tử, có thể lưu trữ nhiều giá trị giữa 0 và 1 và thực hiện phép tính song song, giúp tăng sức mạnh tính toán theo cấp số nhân.
Bit lượng tử (qubit) thường đòi hỏi nhiệt độ cực thấp, gần độ 0 tuyệt đối (-273,15 độ C). Qubit hoạt động bên trong các buồng có nhiệt độ cực thấp, nhưng cấu trúc phức tạp của hệ thống tủ lạnh và hạ tầng tính toán khiến việc chế tạo máy tính lượng tử quy mô lớn trở nên khó khăn. Các kỹ sư không thể chỉ xây một tòa nhà khổng lồ, siêu lạnh và lấp đầy bằng bộ xử lý lượng tử. Việc này đòi hỏi hạ tầng khổng lồ và khiến hệ thống dễ hỏng hóc. Mỗi khi cần nâng cấp hệ thống, khắc phục lỗi phần cứng hoặc kiểm tra chip, đội kỹ sư sẽ phải dỡ niêm phong nhiệt độ, có thể làm gián đoạn hoạt động của máy tính.
Interesting Engineering cho biết IBM đã thay đổi thiết kế đối với hệ thống làm lạnh sâu hiện có bằng cách chuyển sang hình dạng chữ nhật. Thay đổi đó cho phép tích hợp dây dẫn hiển thị dữ liệu đo lường và điều khiển dày đặc hơn, đơn giản hóa kết nối giữa các ô liền kề, tăng thêm diện tích cho bộ xử lý lượng tử. Thay đổi thiết kế cũng nhằm tách riêng những thành phần và hệ thống phụ để tối ưu hóa trong tương lai, ngay cả khi mật độ dây, tủ lạnh và thiết bị lượng tử tăng lên.
Hệ thống làm lạnh đột phá của IBM giải quyết vấn đề bằng cách cung cấp cho kỹ sư các modul chuyên dụng có thể chứa số lượng chip hạn chế. Đổi mới quan trọng nằm ở khả năng kết nối các modul với nhau để tận dụng sức mạnh tổng hợp của những bộ xử lý lượng tử riêng lẻ. Mỗi modul tủ lạnh cao hơn 2,4 m, rộng 2,4 m và có sức chứa khoảng 0,25 m3, nối trực tiếp với bộ xử lý lượng tử bằng dây cáp siêu dẫn hình chữ L (L-coupler) dài khoảng một mét. Công nghệ mới cho phép nhiều chip lượng tử giao tiếp, chia sẻ thông tin và hoạt động cùng nhau trong máy tính lớn hơn.
Hệ thống làm lạnh sâu dạng modul của IBM. Ảnh: IBM
Trong một thử nghiệm gần đây, IBM kết hợp hai modul của hệ thống tủ lạnh lượng tử mới và chứng minh chúng có thể kết hợp làm lạnh tới -269,15 độ C trong chưa đầy 5 ngày và đạt mức nhiệt cuối cùng lên đến -273,14 độ C ngay sau đó, thấp hơn nhiệt độ không gian sâu (-270,45 độ C). Tuy nhiên, modul vẫn cung cấp không gian đi dây nhiều gấp 12 lần so với phiên bản tủ lạnh hình trụ tròn trước đây của IBM. Nhiệt độ cực thấp là điều kiện cần thiết để các đơn vị xử lý lượng tử siêu dẫn (QPU) của IBM hoạt động đúng cách.
Để đạt nhiệt độ thấp như vậy, các kỹ sư sử dụng máy nén khí heli siêu lạnh kết hợp với động cơ làm lạnh pha loãng thương mại. Họ duy trì chống nóng bằng vỏ bọc chân không, miếng đệm chống nhiễu điện từ và tấm chắn siêu cách nhiệt bằng sợi Mylar nhiều lớp.
IBM dự định triển khai hệ thống làm lạnh sâu dạng modul mới vào năm 2027, trong đó phiên bản trước mắt sẽ sử dụng 2-3 ô hỗ trợ tổng cộng khoảng 1.000 qubit. Theo Next Platform, mục tiêu của IBM là ra mắt Starling, máy tính lượng tử chịu lỗi đầu tiên, vào năm 2029, có thể chứa tới 200 qubit logic và thực hiện lên đến 100 triệu phép tính lượng tử, gấp 20.000 lần so với hệ thống hiện nay. Khả năng chịu lỗi sẽ cho phép các nhà khoa học máy tính thực hiện nghiên cứu mới trên nhiều lĩnh vực khác nhau như hóa học, khoa học vật liệu, vật lý lý thuyết.
An Khang tổng hợp