Microsoft ra mắt vật liệu đột phá cho chip lượng tử

Microsoft đã tích hợp 8 qubit topo trên một con chip và đặt mục tiêu mở rộng quy mô lên tới 1 triệu qubit trong tương lai.

Sau nhiều năm nghiên cứu, Microsoft đã đạt được bước tiến quan trọng trong lĩnh vực điện toán lượng tử với việc ra mắt Majorana 1 – con chip lượng tử đầu tiên của hãng. Đây là thành quả sau 17 năm tìm kiếm một phương pháp đột phá để phát triển loại vật liệu và kiến trúc mới, giúp tăng cường khả năng hoạt động của máy tính lượng tử.

Không giống như máy tính truyền thống sử dụng bit nhị phân (0 và 1) để xử lý thông tin, máy tính lượng tử hoạt động dựa trên qubit (bít lượng tử), mang lại tiềm năng xử lý mạnh mẽ hơn nhưng cũng đi kèm với nhiều thách thức. Những qubit này cực kỳ nhạy cảm với môi trường xung quanh, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, áp suất và nhiễu điện từ, điều này khiến việc duy trì trạng thái ổn định của chúng trở thành một bài toán khó.

Các công ty công nghệ lớn như Microsoft, IBM và Google đều đang chạy đua để khắc phục điểm yếu này, nhằm tạo ra các hệ thống máy tính lượng tử đáng tin cậy hơn. Majorana 1 được kỳ vọng sẽ là một bước tiến trong việc ổn định qubit, giúp tăng độ chính xác và hiệu suất của điện toán lượng tử, từ đó mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi hơn trong tương lai.

Majorana 1 có khả năng tích hợp tới một triệu qubit trên một diện tích nhỏ gọn, không lớn hơn nhiều so với CPU của máy tính để bàn hay máy chủ hiện nay. Đây là một thành tựu đầy ấn tượng, giúp đưa công nghệ lượng tử tiến gần hơn đến khả năng ứng dụng thực tế.

Không giống như các chip lượng tử truyền thống sử dụng electron để tạo qubit, Microsoft đã chọn một hướng đi đột phá khi khai thác các hạt majorana – một loại hạt giả định lần đầu tiên được nhà vật lý Ettore Majorana mô tả vào năm 1937. Để kiểm soát các hạt này, Microsoft đã phát minh ra một loại vật liệu mới mà họ gọi là “topoconductor” – chất dẫn điện tử topo đầu tiên trên thế giới, giúp tạo ra qubit ổn định và đáng tin cậy hơn.

Nghiên cứu này đã được Microsoft công bố trên tạp chí Nature, trong đó mô tả chi tiết cách các nhà khoa học phát triển qubit topo bằng cách sử dụng hai vật liệu quan trọng là indium arsenide và nhôm. Hiện tại, công ty đã tích hợp thành công 8 qubit topo trên một con chip và đặt mục tiêu mở rộng quy mô lên một triệu qubit trong tương lai, mở ra tiềm năng đưa điện toán lượng tử vào ứng dụng thực tiễn trên quy mô lớn.

Các nhà khoa học đã kỳ vọng vào khả năng của máy tính lượng tử trong nhiều năm, nhưng những hạn chế về độ ổn định của qubit vẫn là trở ngại lớn. Với Majorana 1, Microsoft tin rằng họ đã tìm ra hướng đi mới nhờ công nghệ topoconductor – một loại siêu dẫn topo giúp cải thiện độ tin cậy của qubit. Nếu thành công, con chip này có thể đưa điện toán lượng tử đến gần hơn với thực tế, mở ra những bước tiến lớn trong khoa học vật liệu, dược phẩm và nhiều lĩnh vực khác.

Theo Zulfi Alam, Phó Chủ tịch phụ trách Lượng tử tại Microsoft, dự án này là một trong những chương trình nghiên cứu tham vọng nhất của công ty. Sau hành trình 17 năm, họ đã đạt được bước đột phá có thể định nghĩa lại tương lai của máy tính lượng tử. Thành tựu này không chỉ chứng minh lý thuyết mà còn mang lại cơ hội để triển khai công nghệ trên quy mô lớn.

Chetan Nayak, một kỹ sư hàng đầu của Microsoft, nhấn mạnh rằng con chip với 1 triệu qubit không chỉ là một thành tựu công nghệ mà còn là cánh cửa mở ra khả năng giải quyết những bài toán phức tạp nhất mà thế giới đang đối mặt. Với khả năng thực hiện các mô phỏng chính xác hơn bao giờ hết, máy tính lượng tử có thể thúc đẩy sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp, từ phát triển vật liệu mới đến tối ưu hóa các quy trình khoa học quan trọng.

Không giống như chip AI Maia 100, được cung cấp cho khách hàng thông qua nền tảng đám mây Azure, Microsoft sẽ không phân phối Majorana 1 theo cách tương tự. Thay vào đó, công ty giữ toàn quyền kiểm soát quá trình sản xuất, không thuê ngoài cho các đối tác như TSMC mà tự chế tạo linh kiện tại Mỹ. Điều này cho thấy Microsoft đang đặt cược lớn vào công nghệ điện toán lượng tử và muốn bảo đảm tính bảo mật cũng như quyền sở hữu đối với những đột phá quan trọng trong lĩnh vực này.

Thay vì chỉ là một lĩnh vực độc lập, điện toán lượng tử có tiềm năng trở thành nền tảng hỗ trợ cho các công nghệ khác của Microsoft, đặc biệt là trí tuệ nhân tạo. Với khả năng xử lý dữ liệu phức tạp và mô phỏng chính xác hơn, máy tính lượng tử có thể cung cấp dữ liệu chất lượng cao để đào tạo các mô hình AI, giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác của các thuật toán học sâu.

Ngoài ra, công nghệ này còn có thể đẩy nhanh quá trình khám phá khoa học, chẳng hạn như tìm ra những phân tử mới hay phát minh ra các loại thuốc tiên tiến mà trước đây chưa từng có. Sự kết hợp giữa điện toán lượng tử và AI hứa hẹn sẽ mở ra một kỷ nguyên mới, nơi những bài toán khoa học và công nghệ phức tạp nhất có thể được giải quyết nhanh hơn và hiệu quả hơn bao giờ hết.