Chip lượng tử mới (QPU) từ hãng Xanadu có trụ sở tại Toronto, Canada đã cho thấy khả năng đáng kinh ngạc khi vượt qua một hệ thống máy tính truyền thống trong bài kiểm tra tính toán. Nhân tố tạo ra chênh lệch giữa hai hệ thống là con chip lượng tử QPU có tên Borealis, nó đã hoàn thành nhiệm vụ tính toán trong thuật toán mô phỏng tiêu chuẩn GBS (Gaussian boson sampling) chỉ với 36 micro giây.
Theo công trình nghiên cứu đăng trên tạp chí Science, các thuật toán và siêu máy tính ngày nay – những hệ thống tính toán có hiệu suất cao nhất – cần tới 9000 năm để hoàn thành nhiệm vụ tương tự. Với Borealis, mọi thứ không cần phức tạp và tốn thời gian như vậy.
Máy tính lượng tử không hoạt động thông qua các phương pháp tính toán chính xác như những hệ thống truyền thống. Thay vào đó, chúng tính toán mức độ khả thi của một giải pháp – trước khi thực hiện phép tính.
Đáng buồn thay, hiện tại vẫn chưa có ứng dụng thực tế nào liên quan đến GBS. Đó là một trong những tiêu chuẩn khả thi để kiểm tra hiệu suất của giải pháp xử lý lượng tử, so với hệ thống máy tính truyền thống.
Con chip Borealis của Xanadu được xây dựng dựa trên lĩnh vực quang tử, vốn là chìa khóa giúp các thế hệ máy tính tương lai đột phá về tốc độ và sức mạnh, kéo theo đó là những bước tiến vượt bậc trong vật lý, hóa học và nhiều lĩnh vực khác. Các chip lượng tử sử dụng qubit (đơn vị của thông tin lượng tử) sinh ra từ các chấm lượng tử silicon, chất siêu dẫn topo, ion bị mắc kẹt cùng nhiều công nghệ khác. Một vài trong số đó đã sử dụng quang tử làm cơ chế mở rộng quy mô nhằm tạo ra các QPU kết nối với nhau.
Giới nghiên cứu kỳ vọng các giải pháp tính toán lượng tử dựa trên quang tử sẽ là cách hiệu quả nhất để tăng hiệu suất của máy tính lượng tử. Bởi vì nó cho phép nhiều luồng dữ liệu độc lập có thể truyền đồng thời dưới mặt nạ một tín hiệu đơn lẻ và phức tạp hơn.
Những nhà nghiên cứu đã đưa vào Borealis QPU 219 qubit dựa trên photon (con số không cố định vì các cổng của nó có thể lập trình được) và số photon hoạt động trung bình là 129. Con số này vẫn cao hơn hẳn IBM Eagle QPU, có 127 qubit. Tuy nhiên, IBM có kế hoạch giới thiệu con chip QPU Osprey 433 qubit transmon siêu dẫn của mình vào cuối năm nay.
Một yếu tố khác cho phép tăng hiệu suất lượng tử của Borealis là khả năng lập trình động trên tất cả các cổng lượng tử được triển khai. Mạch cơ sở này cho phép thực hiện các phép toán lượng tử với số lượng qubit khác nhau. Tính năng có thể lập trình được của các cổng lượng tử do đó sẽ mở ra một kiến trúc giống FPGA, cho phép cấu hình lại theo mục đích.
Nhóm nghiên cứu còn đảm bảo rằng các giải pháp tính toán cho nhiệm vụ GBS là chính xác, điều này sẽ giải quyết tranh luận về ưu thế lượng tử (quantum supremacy). Xanadu cam kết tiếp tục phát triển giải pháp của mình để có thêm nhiều kết quả hứa hẹn.
Cuối cùng, công ty cũng hướng đến chuyển đổi Borealis thành một giải pháp có sẵn trên thị trường. Kết quả trên là tín hiệu khả quan không chỉ cho tương lai của quang tử mà còn cho tính toán lượng tử dựa trên quang tử. Công nghệ mới vẫn cần được xem xét và cải thiện trước khi thế giới đón nhận sự bùng nổ của công nghệ lượng tử được mong chờ vào năm 2030.
