Siêu máy tính lượng tử lai đầu tiên trên thế giới chính thức đi vào hoạt động

Hệ thống này kết hợp giữa Fugaku – siêu máy tính nhanh thứ sáu thế giới – với Reimei, một máy tính lượng tử 20 qubit, tạo ra một nền tảng tính toán mạnh mẽ có thể xử lý các bài toán phức tạp mà máy tính truyền thống mất rất nhiều thời gian mới giải quyết được.

Hệ thống tiên tiến này được đặt tại Viện Khoa học Riken, tỉnh Saitama, gần Tokyo, và sẽ chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu vật lý và hóa học, theo thông báo chung từ Quantinuum – đơn vị chế tạo Reimei và Riken.

Các nhà khoa học kỳ vọng rằng trong tương lai, máy tính lượng tử có thể thay thế hoàn toàn máy tính truyền thống, giúp xử lý những bài toán phức tạp trong vài giây hoặc vài phút thay vì hàng triệu năm.

Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn hạn chế về độ tin cậy và quy mô. Vì vậy, việc tích hợp máy tính lượng tử vào các siêu máy tính được xem là một giải pháp tạm thời để khai thác sức mạnh của cả hai hệ thống.

Không giống như hầu hết các máy tính lượng tử hiện nay sử dụng qubit siêu dẫn, Reimei lại hoạt động dựa trên qubit ion bị mắc kẹt. Phương pháp này cô lập các nguyên tử tích điện (ion) trong một trường điện từ – được gọi là bẫy ion, sau đó sử dụng tia laser để kiểm soát trạng thái lượng tử của chúng.

Nhờ công nghệ bẫy ion, các nhà khoa học có thể thao tác các ion để chúng lưu trữ và xử lý thông tin lượng tử. So với qubit siêu dẫn, qubit ion bị mắc kẹt có khả năng kết nối tốt hơn và thời gian duy trì trạng thái lượng tử lâu hơn. Trong khi đó, qubit siêu dẫn lại có tốc độ xử lý nhanh hơn và dễ dàng sản xuất trên các con chip.

Một trong những thách thức lớn nhất của máy tính lượng tử là qubit có xu hướng tạo ra nhiều lỗi do nhiễu. Để khắc phục điều này, các nhà nghiên cứu đã phát triển các kỹ thuật sửa lỗi lượng tử, giúp tăng độ chính xác của qubit và nâng cao độ tin cậy của hệ thống.

Trong Reimei, các qubit vật lý đã được nhóm lại để tạo thành qubit logic – tức là một tập hợp qubit vật lý lưu trữ cùng một thông tin ở nhiều vị trí khác nhau. Cách tiếp cận này giúp giảm đáng kể tỷ lệ lỗi, vì nếu một qubit bị lỗi, dữ liệu vẫn có thể được khôi phục từ những qubit khác.

Trước đó, Quantinuum từng đạt đột phá trong việc tạo ra qubit logic với tỷ lệ lỗi thấp hơn 800 lần so với qubit vật lý, và đã tích hợp thành công vào các bộ xử lý lượng tử của họ.

Mặc dù Reimei-Fugaku là hệ thống siêu máy tính lượng tử lai đầu tiên hoạt động hoàn chỉnh, nhưng trước đó đã có nhiều dự án thử nghiệm tương tự.

Tháng 6/2024, công ty IQM của Đức cũng đã tích hợp một bộ xử lý lượng tử 20 qubit vào siêu máy tính SuperMUC-NG tại Garching. Tuy nhiên, hệ thống này vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm và chưa có thời gian cụ thể để chính thức đi vào hoạt động.

Ngoài ra, IQM cũng lên kế hoạch tích hợp một hệ thống 54 qubit vào SuperMUC-NG vào cuối năm 2025, và một con chip 150 qubit vào năm 2026, mở ra cuộc cạnh tranh khốc liệt trong lĩnh vực siêu máy tính lượng tử lai trên toàn cầu.