Máy tính lượng tử đầu tiên của Nhật Bản chính thức vận hành

Hệ thống máy tính lượng tử vừa được đưa vào hoạt động được đặt tại tỉnh Aichi, là thành quả nghiên cứu chung của các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Phân tử Nhật Bản (IMS) tại thành phố Okazaki.

Điểm khác biệt cốt lõi của hệ thống này là sử dụng phương pháp “nguyên tử trung tính” (neutral-atom), trong đó các nguyên tử không mang điện được sắp xếp trong môi trường chân không và dùng tia laser để điều khiển trạng thái lượng tử.

Máy tính lượng tử nguyên tử trung tính hoàn chỉnh đầu tiên của Nhật Bản, "Shunkai".

Phương pháp nguyên tử trung tính sử dụng trạng thái năng lượng electron của các nguyên tử bị giữ lại bởi laser làm qubit. Các qubit có thể di chuyển tự do trong không gian ba chiều và dễ dàng tăng số lượng của chúng.

Mặc dù xuất hiện tương đối muộn hơn các phương pháp khác, nó được coi là một kiến ​​trúc thuận lợi để giải quyết vấn đề sửa lỗi, một thách thức quan trọng đối với việc thương mại hóa máy tính lượng tử. Nó cũng có thể duy trì trạng thái lượng tử mà không cần các hệ thống làm lạnh bằng khí nitơ lỏng cồng kềnh như phương pháp siêu dẫn.

So với các phương thức phát triển trước đây, công nghệ lượng tử sử dụng nguyên tử trung tính sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội, đặc biệt là khả năng hoạt động ổn định ở nhiệt độ phòng.

Đặc tính này giúp loại bỏ yêu cầu về các hệ thống làm mát quy mô lớn, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu nhỏ kích thước thiết bị và giảm chi phí vận hành.

Cấu trúc lớp của máy tính lượng tử nguyên tử trung tính xếp chồng hoàn chỉnh "Shunkai".

Giới chuyên gia kỳ vọng đột phá này sẽ giúp giải quyết những rào cản kỹ thuật hiện tại, đẩy nhanh lộ trình đưa máy tính lượng tử vào ứng dụng thực tiễn.

Ở giai đoạn hiện nay, hệ thống máy tính lượng tử của IMS đã có thể thực hiện các phép tính nền tảng. Nhóm nghiên cứu dự định tiếp tục phát triển để hệ thống có thể thực hiện các phép tính quy mô lớn một cách ổn định trong tương lai gần.

Phát biểu về sự kiện này, GS Kenji Ohmori - Trưởng nhóm nghiên cứu tại IMS - cho biết, mục tiêu trước mắt là phát triển hệ thống đạt hiệu năng vượt trội hơn cả siêu máy tính trong việc giải quyết các vấn đề cụ thể.

Viện này đồng thời sẽ không ngừng cải tiến để hệ thống có thể thể hiện những tính năng vượt trội so với các phương pháp khác hiện đang được sử dụng.

Máy tính lượng tử (Quantum Computing) là một mô hình tính toán hoàn toàn mới, hoạt động dựa trên những nguyên lý của cơ học lượng tử - một nhánh vật lý nghiên cứu hành vi của các hạt ở cấp độ nguyên tử (atom) và hạ nguyên tử (electron). Hiện nhiều phương pháp khác nhau đang được nghiên cứu để đưa công nghệ này vào ứng dụng thực tế.