Microsoft và bước đột phá với chip lượng tử Majorana 1

Microsoft thông báo việc xây dựng Majorana 1 đòi hỏi công ty phải tạo ra một trạng thái vật chất hoàn toàn mới, có tên là trạng thái tô-pô (topology). Trạng thái tô-pô là một trạng thái vật chất đặc biệt, trong đó các qubit lượng tử có tính chất ổn định hơn nhờ vào những đặc điểm toán học của chúng. Điều này giúp giảm thiểu lỗi khi thực hiện tính toán lượng tử. Tuy nhiên, cho đến nay, trạng thái này được cho là không tồn tại tự nhiên trong vũ trụ, theo CNBC.

Chip lượng tử của Microsoft sử dụng 8 qubit (bit lượng tử) tô-pô, được làm từ arsenide indium - một loại bán dẫn và nhôm - chất siêu dẫn.

Điện toán lượng tử là lĩnh vực công nghệ kết hợp các ngành khoa học máy tính, toán học và cơ học lượng tử để giải quyết nhiều phép tính phức tạp hơn thông thường. Nền tảng của điện toán lượng tử dựa trên các đơn vị thông tin được gọi là qubit, thay vì các bit nhị phân được sử dụng trong điện toán cổ điển.

THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ

Công ty cho biết trong bài đăng trên blog rằng: “Khó khăn trong việc phát triển vật liệu phù hợp để tạo ra các hạt kỳ lạ và trạng thái vật chất tô-pô đi kèm là lý do tại sao hầu hết nỗ lực nghiên cứu lượng tử đều tập trung vào những loại qubit khác”.

Việc hiểu và vận hành trạng thái vật chất tô-pô, từ đó cho ra mẫu chip điện toán lượng tử đòi hỏi Microsoft phải phun từng nguyên tử để các vật liệu xếp thẳng hàng tuyệt đối, công ty viết trong blog.

“Trớ trêu thay, đó cũng là lý do tại sao chúng ta cần máy tính lượng tử, bởi vì việc hiểu vật liệu này cực kỳ khó khăn”, ông Krysta Svore, kỹ sư cao cấp của Microsoft, cho biết trong blog.

Giới chuyên gia công nghệ tin rằng máy tính lượng tử một ngày nào đó có thể giải quyết những vấn đề mà máy tính hiện nay gặp khó hoặc không thể giải quyết được. Tất cả máy tính hiện tại đều đang sử dụng các bit có thể bật hoặc tắt, trong khi máy tính lượng tử sử dụng qubit có thể hoạt động ở cả hai trạng thái cùng lúc.

Google cũng không kém cạnh trong nỗ lực điện toán lượng tử. Người đứng đầu bộ phận điện toán lượng tử Google, Hartmut Neven, gần đây tuyên bố rằng ứng dụng thực tế của điện toán lượng tử sẽ có mặt trong vòng 5 năm tới.

THÀNH CÔNG BƯỚC ĐẦU

Khách hàng chưa thể sử dụng chip Majorana 1 thông qua dịch vụ đám mây công cộng Azure, như cách họ làm với chip trí tuệ nhân tạo tùy chỉnh Maia 100. Thay vào đó, Majorana 1 là bước tiến để công ty tiếp tục hướng tới mục tiêu đạt một triệu qubit trên một con chip.

Theo Microsoft, một máy tính lượng tử chưa một triệu qubit có khả năng tính toán vượt xa tổng công suất tất cả máy tính hiện có trên thế giới cộng lại. Tham vọng của công ty là xây dựng được ít nhất 1.000 máy tính lượng tử loại này trong tương lai.

Thay vì dựa vào Taiwan Semiconductor hoặc công ty khác để chế tạo, Microsoft đang tự sản xuất thành phần của Majorana 1 ngay tại Hoa Kỳ. Kế hoạch được đánh giá là khả thi vì đang được thực hiện ở quy mô nhỏ.

“Chúng tôi muốn đạt vài trăm qubit trước khi bắt đầu thương mại”, ông Jason Zander, Phó Chủ tịch Điều hành Microsoft, chia sẻ với báo chí.

Trong khi chờ đợi, công ty sẽ hợp tác với phòng thí nghiệm quốc gia và một số trường đại học nhằm nghiên cứu sử dụng Majorana 1.

Mặc dù dự án tập trung phần lớn vào nghiên cứu, nhưng nhiều nhà đầu tư vẫn rất quan tâm đến điện toán lượng tử. Cụ thể, cổ phiếu IonQ và Rigetti, hai công ty hợp tác với Microsoft trong lĩnh vực lượng tử, tăng lần lượt 237% và 1.500% trong năm 2024. Cả hai đã tạo ra tổng cộng 14,8 triệu USD doanh thu trong quý III.

Dịch vụ đám mây Azure Quantum của Microsoft, cho phép nhà phát triển thử nghiệm với các chương trình và thuật toán, cung cấp quyền truy cập vào chip của IonQ và Rigetti. Có thể chip lượng tử của Microsoft sẽ được cung cấp qua Azure trước năm 2030, ông Zander cho biết.

“Có nhiều đồn đoán cho rằng chúng ta cần vài thập kỷ nữa mới đạt được điều đó”, Phó Chủ tịch Điều hành Microsoft nới. “Nhưng chúng tôi tin rằng sẽ chỉ mất vài năm.”

THÚC ĐẨY ĐỔI MỚI SÁNG TẠO NHIỀU LĨNH VỰC

Thay vì tồn tại như một hạng mục độc lập, điện toán lượng tử có thể thúc đẩy một số lĩnh vực khác. Chẳng hạn như AI của Microsoft, lĩnh vực đạt doanh thu hàng năm trên 13 tỷ USD. Máy tính lượng tử có thể được sử dụng để xây dựng dữ liệu huấn luyện mô hình AI, ông Zander nhấn mạnh.

Ngoài ra, công ty công bố thành tựu này như một phần trong chương trình Hệ thống Điện toán Lượng tử quy mô lớn chưa được khám phá (US2QC) do Cơ quan Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Cao cấp Hoa Kỳ (DARPA) điều hành.

Microsoft hy vọng sự phát triển của điện toán lượng tử thúc đẩy mạnh mẽ các công trình khoa học, chẳng hạn như chế tạo thuốc mới, sản xuất ra vật liệu tự phục hồi, thúc đẩy tiến bộ trong nông nghiệp và nhiều lĩnh vực khác.

Ứng dụng điện toán lượng tử, Microsoft cùng nhóm chuyên gia tại Đại học Case Western Reserve, phát triển các phương pháp quét ung thư nhanh chóng và cải thiện độ chính xác trong quá trình chẩn đoán.

Những tiến bộ này có thể coi là cách mạng hóa trong lĩnh vực y tế, giúp phát hiện sớm các bệnh như ung thư và quan trọng hơn là phát triển nhiều loại thuốc mới.