Để máy tính lượng tử chuyển từ thiết bị nghiên cứu tò mò sang thiết bị hữu ích thực tế, các nhà nghiên cứu cần kiểm soát được lỗi của chúng. Nghiên cứu mới của Microsoft và Quantinuum hiện đã thực hiện một bước quan trọng theo hướng đó.

Máy tính lượng tử ngày nay đang bị mắc kẹt chắc chắn trong kỷ nguyên “lượng tử quy mô trung gian ồn ào” (NISQ). Mặc dù các công ty đã đạt được một số thành công trong việc kết nối số lượng lớn qubit cùng nhau, chúng rất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu và có thể nhanh chóng làm suy giảm trạng thái lượng tử của chúng. Điều này khiến cho việc thực hiện các phép tính với đủ các bước trở nên hữu ích trong thực tế là không thể.

Trong khi một số người tuyên bố rằng những thiết bị ồn ào này vẫn có thể được đưa vào sử dụng thực tế, thì sự đồng thuận là các kế hoạch sửa lỗi lượng tử sẽ rất quan trọng để phát huy hết tiềm năng của công nghệ. Nhưng việc sửa lỗi rất khó khăn trong máy tính lượng tử vì việc đọc trạng thái lượng tử của một qubit khiến nó bị hỏng.

Các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra cách giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng mã sửa lỗi để truyền từng bit thông tin lượng tử trên nhiều qubit vật lý để tạo ra cái được gọi là qubit logic. Điều này mang lại sự dư thừa và giúp phát hiện và sửa lỗi trong các qubit vật lý mà không ảnh hưởng đến thông tin trong qubit logic.

Thách thức là, cho đến gần đây, người ta cho rằng có thể cần khoảng 1,000 qubit vật lý để tạo ra mỗi qubit logic. Các bộ xử lý lượng tử lớn nhất hiện nay chỉ có khoảng chừng đó qubit, cho thấy rằng việc tạo ra đủ qubit logic cho các phép tính có ý nghĩa vẫn là một mục tiêu xa vời.

Điều đó đã thay đổi vào năm ngoái khi các nhà nghiên cứu từ Harvard và công ty khởi nghiệp QuEra cho thấy họ có thể tạo ra 48 qubit logic chỉ từ 280 cái vật lý. Và giờ đây, sự hợp tác giữa Microsoft và Quantinuum đã tiến một bước xa hơn khi cho thấy rằng họ không chỉ có thể tạo ra các qubit logic mà còn thực sự có thể sử dụng chúng để giảm tỷ lệ lỗi xuống hệ số 800 và thực hiện hơn 14,000 quy trình thử nghiệm mà không mắc một lỗi nào.

“Những gì chúng tôi đã làm ở đây khiến tôi nổi da gà,” Krysta Svore của Microsoft nói với New Scientist. “Chúng tôi đã chứng minh rằng việc sửa lỗi có thể lặp lại, nó đang hoạt động và đáng tin cậy.”

Các nhà nghiên cứu đang làm việc với bộ xử lý lượng tử H2 của Quantinuum, dựa trên công nghệ bẫy ion và tương đối nhỏ chỉ 32 qubit. Nhưng bằng cách áp dụng mã sửa lỗi do Microsoft phát triển, họ có thể tạo ra bốn qubit logic mà chỉ gặp lỗi sau mỗi 100,000 lần chạy.

Một trong những thành tựu lớn nhất, nhóm Microsoft lưu ý trong một bài đăng blog, thực tế là họ có thể chẩn đoán và sửa lỗi mà không phá hủy các qubit logic. Điều này là nhờ vào một phương pháp được gọi là “trích xuất hội chứng tích cực”, có thể đọc thông tin về bản chất của tiếng ồn tác động lên qubit, thay vì trạng thái của chúng, Svore nói với Phổ IEEE.

Tuy nhiên, sơ đồ sửa lỗi đã có thời hạn sử dụng. Khi các nhà nghiên cứu thực hiện nhiều thao tác trên một qubit logic, sau đó là sửa lỗi, họ nhận thấy rằng đến vòng thứ hai, tỷ lệ lỗi chỉ bằng một nửa so với tỷ lệ lỗi được tìm thấy trong các qubit vật lý và đến vòng thứ ba thì không có tác động đáng kể về mặt thống kê.

Và kết quả thật ấn tượng, nhóm Microsoft chỉ ra trong bài đăng trên blog của họ rằng việc tạo ra các máy tính lượng tử thực sự mạnh mẽ sẽ yêu cầu các qubit logic chỉ mắc lỗi một lần trong mỗi 100 triệu thao tác.

Dù sao đi nữa, kết quả này đánh dấu một bước nhảy vọt về khả năng sửa lỗi, điều mà Quantinuum đã tuyên bố trong một thông cáo báo chí đại diện cho sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới trong điện toán lượng tử. Mặc dù điều đó có thể hơi mạo hiểm, nhưng nó chắc chắn gợi ý rằng các mốc thời gian của mọi người về thời điểm chúng ta sẽ đạt được tính toán lượng tử có khả năng chịu lỗi có thể cần phải được cập nhật.

Ảnh: Máy tính lượng tử Quantinuum H2 / Quantinuum

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://singularityhub.com/2024/04/04/quantum-computers-take-a-major-step-with-error-correction-breakthrough/