Máy tính lượng tử đầu tiên chạy đa nhiệm thành công

Máy tính lượng tử vốn được xem là đỉnh cao công nghệ với khả năng xử lý vượt trội so với máy tính truyền thống. Thế nhưng, nghịch lý lớn nhất là những cỗ máy trị giá hàng triệu USD này lại chỉ có thể phục vụ một người dùng tại một thời điểm. Điều đó đồng nghĩa với việc phần lớn tài nguyên phần cứng đắt đỏ bị lãng phí, còn người dùng thì phải “xếp hàng” chờ đến lượt chạy từng tác vụ nhỏ.

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Columbia (Mỹ) đã công bố một giải pháp mang tính đột phá mang tên HyperQ – hệ thống cho phép máy tính lượng tử chạy đa nhiệm, giúp nhiều người dùng có thể truy cập và xử lý đồng thời trên cùng một thiết bị. Đây là lần đầu tiên trong lịch sử, mô hình chia sẻ tài nguyên – vốn phổ biến với điện toán đám mây – được áp dụng thành công vào điện toán lượng tử thực tế.

Sơ đồ quy trình làm việc của HyperQ.

HyperQ hoạt động như một lớp phần mềm trung gian, chia máy tính lượng tử vật lý thành nhiều “máy ảo lượng tử” (qVM). Các qVM này được thiết kế cách ly hoàn toàn, có thể chạy đồng thời các chương trình khác nhau mà không bị can thiệp lẫn nhau. Một thuật toán lập lịch thông minh sẽ điều phối các tác vụ này đến các vùng hoạt động hiệu quả nhất trên chip lượng tử – tương tự như cách một máy chủ đám mây phân phối tài nguyên xử lý trong môi trường đa người dùng.

Thử nghiệm của nhóm nghiên cứu trên hạ tầng lượng tử thực tế của IBM cho kết quả ấn tượng: thời gian chờ của người dùng giảm đến 40 lần, số lượng chương trình lượng tử được thực hiện trong cùng khung thời gian tăng gấp 10 lần. Không chỉ cải thiện tốc độ, HyperQ còn tăng độ chính xác khi tự động tránh các vùng nhiễu lượng tử – vấn đề thường gây sai số trong tính toán.

Điểm đáng chú ý là HyperQ hoàn toàn không yêu cầu viết lại chương trình, không cần biết trước các tác vụ sẽ chạy cùng nhau – điều giúp hệ thống linh hoạt và dễ ứng dụng trong thực tế.

Giới chuyên gia đánh giá, công nghệ này có thể tạo ra cú huých lớn trong quá trình thương mại hóa điện toán lượng tử. Các nhà cung cấp hạ tầng như IBM, Google hay Amazon có thể phục vụ nhiều khách hàng hơn mà không cần đầu tư thêm phần cứng, giúp giảm chi phí và mở rộng tiếp cận. Trong khi đó, giới nghiên cứu, đặc biệt trong lĩnh vực y sinh, vật liệu mới hay năng lượng, sẽ được hưởng lợi trực tiếp từ khả năng truy cập nhanh và liên tục vào nguồn lực lượng tử.

Nhóm phát triển cho biết họ đang mở rộng hệ thống để tương thích với nhiều kiến trúc lượng tử mới, nhằm hướng tới khả năng chia sẻ tài nguyên trên mọi loại máy tính lượng tử, không phụ thuộc nhà sản xuất.

HyperQ được xem là bước tiến quan trọng đưa lượng tử thoát khỏi phòng thí nghiệm, tiến gần hơn đến vai trò một hạ tầng tính toán thực sự trong kỷ nguyên hậu silicon.

Diễm Quỳnh