Khám Phá Năng Lực Kỳ Diệu Của Máy Tính Lượng Tử

Tương lai của công nghệ máy tính lượng tử đang mở ra nhiều triển vọng đầy hứa hẹn, nhưng hiện tại, chúng ta vẫn đang ở giai đoạn khám phá. Mặc dù những tiến bộ gần đây đã đưa chúng ta đến gần hơn với việc phát triển một máy tính lượng tử thực thụ, có khả năng vượt qua sức mạnh của những siêu máy tính hiện đại, nhưng vẫn còn nhiều thách thức mà các nhà khoa học phải đối mặt. Một trong những vấn đề lớn nhất là khái niệm “sửa lỗi lượng tử”, nơi mà các qubit – đơn vị thông tin cơ bản của máy tính lượng tử – dễ bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn từ môi trường, như bức xạ điện từ hoặc nhiệt độ. Tiếng ồn này có thể làm giảm hiệu suất của hệ thống, khiến cho máy tính lượng tử trở nên kém hiệu quả hơn so với máy tính cổ điển. Trong khi tỷ lệ lỗi của các bit thông thường rất thấp, thì tỷ lệ lỗi của qubit có thể lên đến một trên 1.000, dẫn đến những tính toán không chính xác.

Gần đây, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature bởi một nhóm nghiên cứu từ một số trường đại học hàng đầu và một công ty chuyên về máy tính lượng tử đã đưa ra giải pháp cho vấn đề này. Họ đã chứng minh rằng việc “chưng cất trạng thái ma thuật” trong các qubit logic có thể cải thiện khả năng sửa lỗi. Để hiểu rõ hơn, qubit logic không giống như qubit vật lý, mà là những nhóm qubit vật lý chia sẻ thông tin và được bảo vệ bởi các lớp mã sửa lỗi. Nếu một qubit logic gặp sự cố, thông tin vẫn được bảo vệ, không làm ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Trong hơn 20 năm qua, các nhà khoa học đã nhận ra rằng các “trạng thái ma thuật” là chìa khóa để phát triển các hệ thống lượng tử có khả năng chịu lỗi tốt hơn. Nghiên cứu này so sánh “trạng thái ma thuật” với nhiên liệu phản lực, cho thấy rằng việc chưng cất các trạng thái này giống như tinh chế dầu thô thành nhiên liệu hàng không, biến những nguyên liệu thô không hoàn hảo thành tài nguyên cần thiết cho các thuật toán lượng tử.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã thực hiện quy trình chưng cất trong các qubit logic bằng cách sử dụng máy tính nguyên tử trung tính. Họ đã tạo ra các gói qubit logic với kích thước được gọi là Distance-3 và Distance-5, trong đó số càng cao thì khả năng sửa lỗi càng tốt. Họ đã chưng cất năm trạng thái ma thuật không hoàn hảo thành một trạng thái ma thuật tinh khiết hơn, chứng minh rằng việc chưng cất có thể tạo ra các trạng thái có độ chính xác cao hơn. Mikhail Lukin, một trong những tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Thí nghiệm này tận dụng những điểm mạnh độc đáo của các mảng nguyên tử trung tính để giải quyết một trong những thách thức lớn nhất trong sửa lỗi lượng tử. Đây là một bước tiến quan trọng hướng tới việc phát triển các bộ xử lý lượng tử thực tế và đa năng.”

Giám đốc tiếp thị của công ty nghiên cứu, khi trao đổi với các phương tiện truyền thông, đã nhấn mạnh rằng đây là một bước tiến đáng kể. Trước đây, nhiều nhà khoa học đã đặt câu hỏi về tính khả thi của máy tính lượng tử, và hiện tại, các trường đại học và công ty công nghệ đang tìm kiếm cách để giảm thiểu lỗi cho những máy tính này. Câu hỏi hiện tại không còn là liệu máy tính lượng tử có thể hoạt động hay không, mà là liệu chúng có thể trở nên thực sự hữu ích trong thực tế hay không. Nếu nhìn vào lịch sử, có thể chúng ta sẽ sớm tìm ra câu trả lời cho câu hỏi này.