IBM phát triển hệ thống làm lạnh gần độ 0 tuyệt đối cho máy tính lượng tử

IBM ra thông cáo cho biết họ đã triển khai tủ lạnh lượng tử modul đầu tiên có thể nối với nhau để mở rộng theo nhu cầu làm lạnh cho hàng trăm chip lượng tử.

Hệ thống này có khả năng làm lạnh tới -273,14 độ C, gần với 0o K. Động thái này đánh dấu bước tiến quan trọng khi IBM hướng tới giới thiệu máy tính lượng tử chịu lỗi quy mô lớn vào năm 2029, áp dụng kỹ thuật sửa lỗi lượng tử để khắc phục nhiễu theo thời gian thực và thực hiện các tác vụ mà không bị gián đoạn.

Một module làm lạnh đơn lẻ của IBM có thể đưa nhiệt độ xuống - 273,14 độ C.

Máy tính lượng tử hứa hẹn thực hiện nhiều phép tính quy mô lớn trong thời gian ngắn hơn nhiều so với những siêu máy tính nhanh nhất hiện nay.

Bit lượng tử (qubit) thường đòi hỏi nhiệt độ cực thấp, gần độ 0 tuyệt đối (-273,15 độ C). Qubit hoạt động bên trong các buồng có nhiệt độ cực thấp, nhưng cấu trúc phức tạp của hệ thống làm lạnh thông thường sẽ tạo ra nhiều bất cập trong quá trình vận hành.

Nếu đưa toàn bộ các khối qubit vào bên trong hệ thống lạnh này, bất cứ khi nào một trong số đó có sự cố phải dừng toàn hệ thống.

IBM đã thay đổi thiết kế đối với hệ thống làm lạnh sâu hiện có bằng cách chuyển sang hình dạng module.

Hệ thống làm lạnh đột phá của IBM giải quyết vấn đề bằng cách cung cấp cho kỹ sư các modul chuyên dụng có thể chứa số lượng chip hạn chế.

Khi kết nối các modul với nhau sẽ tận dụng sức mạnh tổng hợp của những bộ xử lý lượng tử riêng lẻ. Mỗi modul tủ lạnh cao hơn 2,4m, rộng 2,4m và có sức chứa khoảng 0,25m3, nối trực tiếp với bộ xử lý lượng tử bằng dây cáp siêu dẫn. Điều này cho phép nhiều chip lượng tử giao tiếp, chia sẻ thông tin và hoạt động cùng nhau trong máy tính lớn hơn.

Thay đổi đó cho phép tích hợp dây dẫn hiển thị dữ liệu đo lường và điều khiển dày đặc hơn, đơn giản hóa kết nối giữa các ô liền kề, tăng thêm diện tích cho bộ xử lý lượng tử. Thay đổi thiết kế cũng nhằm tách riêng những thành phần và hệ thống phụ để tối ưu hóa trong tương lai, ngay cả khi mật độ dây, tủ lạnh và thiết bị lượng tử tăng lên.

Với thiết kế này, máy tính lượng tử của IBM có thể kết nối thành một khối tổng thể hàng trăm qubit nhưng vẫn dễ dàng bảo trì.

Trong một thử nghiệm gần đây, IBM kết hợp hai modul của hệ thống tủ lạnh lượng tử mới và chứng minh chúng có thể kết hợp làm lạnh tới -269,15 độ C trong chưa đầy 5 ngày và đạt mức nhiệt cuối cùng lên đến -273,14 độ C ngay sau đó.

Để đạt nhiệt độ thấp như vậy, các kỹ sư sử dụng máy nén khí heli siêu lạnh kết hợp với động cơ làm lạnh pha loãng thương mại. Họ duy trì chống nóng bằng vỏ bọc chân không, miếng đệm chống nhiễu điện từ và tấm chắn siêu cách nhiệt bằng sợi mylar nhiều lớp.

IBM dự định triển khai hệ thống làm lạnh sâu dạng modul mới vào năm 2027, trong đó phiên bản trước mắt sẽ sử dụng 2-3 ô hỗ trợ tổng cộng khoảng 1.000 qubit.

Mục tiêu của IBM là ra mắt Starling, máy tính lượng tử chịu lỗi đầu tiên vào năm 2029, có thể chứa tới 200 qubit logic và thực hiện lên đến 100 triệu phép tính lượng tử, gấp 20.000 lần so với hệ thống hiện nay.

Buồng siêu lạnh module của IBM dành cho máy tính lượng tử.