Quanta hợp tác Quantinuum, đưa máy tính lượng tử vào sản xuất công nghiệp

Hệ thống của Quantinuum vận hành theo công nghệ điện toán lượng tử ion bẫy, đòi hỏi phần cứng chuyên dụng và hạ tầng điều khiển đi kèm bộ xử lý lượng tử. Ảnh: Quantinuum.

Ngành máy tính lượng tử đã mất nhiều năm để chứng minh bộ xử lý lượng tử có thể vận hành đúng như lý thuyết, và bài toán tiếp theo đặt ra lại kém hào nhoáng hơn hẳn, đó là làm sao sản xuất và đóng gói những hệ thống ấy ở quy mô công nghiệp. Đây chính là câu hỏi mà Quanta Computer và Quantinuum đang tìm lời giải. Hai công ty đã ký thỏa thuận hợp tác phát triển nhằm xây dựng chung hạ tầng phần cứng cho các thế hệ máy tính lượng tử tiếp theo của Quantinuum, với mục tiêu giúp hệ thống trở nên mô-đun hóa, dễ sản xuất và dễ mở rộng quy mô hơn.

Sự kết hợp này ghép năng lực điện toán ion bẫy của Quantinuum với kinh nghiệm sản xuất phần cứng điện toán và hạ tầng đám mây phức tạp của Quanta. Thay vì công bố một bộ xử lý lượng tử mới, hai công ty tập trung vào dây chuyền công nghiệp và hệ sinh thái phần cứng cần thiết để biến những bộ xử lý lượng tử ngày càng tinh vi thành hệ thống có thể triển khai trong thực tế, bởi xây dựng một máy tính lượng tử chưa bao giờ chỉ đơn giản là nhồi thêm qubit lên một con chip.

Nhu cầu phần cứng khác thường của máy tính lượng tử

Máy tính của Quantinuum dùng ion bẫy làm qubit. Hệ thống H2, ví dụ, lưu trữ thông tin lượng tử trong các ion ytterbium và dùng thao tác laser được kiểm soát chính xác để điều khiển chúng. Kiến trúc mang tên thiết bị ghép điện tích lượng tử, viết tắt QCCD, cho phép ion di chuyển giữa các vùng khác nhau trên bộ xử lý.

Kiến trúc này mang lại cho Quantinuum một lợi thế quan trọng, đó là các qubit có thể kết nối toàn phần với nhau, nghĩa là bất kỳ cặp qubit nào cũng có thể được đưa lại gần nhau để thực hiện phép toán. Hệ thống H2 hiện tại sở hữu 56 qubit kết nối toàn phần và đạt độ trung thực cổng hai qubit trên 99,9%, theo công bố của Quantinuum.

Nhưng mở rộng quy mô những cỗ máy như vậy đòi hỏi nhiều hơn việc tăng số lượng qubit. Bộ xử lý lượng tử cần hệ thống laser tinh vi, hệ chân không, mạch điều khiển, hệ làm mát cùng hạ tầng cơ khí và điện cực kỳ chính xác. Khi hệ thống lớn dần, toàn bộ những thành phần ấy phải phối hợp nhịp nhàng mà không gây ra sai số làm nhiễu loạn phép tính lượng tử, và đây chính là chỗ kinh nghiệm sản xuất của Quanta trở nên có giá trị.

Từ phần cứng phòng thí nghiệm đến hệ thống sản xuất hàng loạt

Quanta nổi tiếng nhất với vai trò nhà sản xuất điện tử lớn và nhà cung cấp hạ tầng điện toán tiên tiến. Hoạt động kinh doanh của công ty trải rộng từ máy chủ, hạ tầng đám mây đến nhiều nền tảng điện toán phức tạp khác. Thỏa thuận mới đặt ra câu hỏi liệu một phần kinh nghiệm công nghiệp ấy có thể áp dụng cho máy tính lượng tử hay không.

Theo hai công ty, đội ngũ kỹ sư đã bắt tay vào thế hệ hạ tầng phần cứng tiếp theo. Mục tiêu đặt ra là xây dựng quy trình sản xuất và chuỗi cung ứng song song với quá trình phát triển công nghệ lượng tử, thay vì chờ đến khi có bộ xử lý tiên tiến hơn rồi mới tìm cách công nghiệp hóa nó sau đó.

Điều này có thể trở nên quan trọng hơn khi Quantinuum tiếp tục lộ trình phát triển phần cứng của mình. Công ty theo đuổi những hệ thống ion bẫy ngày càng lớn, với lộ trình nhắm tới hàng trăm qubit logic và cuối cùng là máy tính lượng tử chịu lỗi hoàn toàn. Kiến trúc Helios mới hơn đánh dấu bước tiếp theo trong tiến trình đó, và Quantinuum mô tả kiến trúc này vận chuyển ion qua các điểm nối, đồng thời bố trí nhiều vùng logic lượng tử để cải thiện khả năng định tuyến và mở rộng quy mô.

Vì sao khâu sản xuất mới là nút thắt thực sự

Người ta thường bàn về máy tính lượng tử qua lăng kính số lượng qubit, nhưng riêng con số ấy không quyết định một cỗ máy có hữu dụng hay không. Một máy tính lượng tử thực dụng cần tỷ lệ lỗi đủ thấp, thao tác đủ nhanh, phần cứng điều khiển đáng tin cậy cùng khả năng sửa lỗi ngày càng tinh vi. Nó cũng cần khả năng tái tạo, bởi một cỗ máy phòng thí nghiệm đòi hỏi lượng công sức kỹ thuật chuyên sâu khổng lồ để chế tạo hoàn toàn khác với một cỗ máy có thể sản xuất, lắp đặt và bảo trì lặp đi lặp lại.

Đó chính là khoảng cách mà thỏa thuận này đang tìm cách thu hẹp. Diễn biến trên cũng diễn ra trong bối cảnh Quantinuum theo đuổi việc tích hợp sâu hơn với hạ tầng điện toán truyền thống, khi hồi tháng 6, công ty công bố hợp tác cùng Hewlett Packard Enterprise nhằm kết nối bộ xử lý lượng tử với môi trường điện toán hiệu năng cao và trí tuệ nhân tạo.

Hợp tác cùng Quanta giải quyết một mảng khác trong cùng quá trình chuyển đổi đó, chính là hạ tầng vật lý phía sau bộ xử lý lượng tử. Không có gì đảm bảo hợp tác này sẽ tạo ra được máy tính lượng tử có thể mở rộng quy mô thương mại, và hai công ty cũng chưa công bố thông số kỹ thuật chi tiết, sản lượng hay thời gian biểu cụ thể cho phần cứng mới. Nhưng hướng đi mà thỏa thuận vạch ra vẫn mang ý nghĩa rõ rệt.

Ngành công nghiệp lượng tử đang dần chuyển từ câu hỏi liệu con người có thể chế tạo một máy tính lượng tử đủ mạnh hay không, sang một câu hỏi công nghiệp khó nhằn hơn, đó là liệu con người có thể chế tạo nhiều cỗ máy như vậy đủ ổn định để khách hàng thực sự sử dụng được hay không. Quanta và Quantinuum đặt cược rằng trả lời được câu hỏi thứ hai sẽ cần đến kinh nghiệm sản xuất công nghiệp không kém gì những đột phá trong vật lý lượng tử.