Trung Quốc công bố bộ xử lý lượng tử tốc độ nhanh gấp triệu lần siêu máy tính

Thành tựu này không chỉ lập kỷ lục mới về ưu thế tính toán lượng tử trong hệ siêu dẫn mà còn khẳng định vị thế của Trung Quốc trong cuộc đua công nghệ toàn cầu.

Được phát triển bởi các nhà vật lý lượng tử hàng đầu Trung Quốc như Pan Jianwei, Zhu Xiaobo, Peng Chengzhi và cộng sự, “Zuchongzhi 3.0” sở hữu 105 qubit có thể đọc được và 182 bộ ghép nối (couplers). Máy xử lý nhiệm vụ lấy mẫu mạch lượng tử ngẫu nhiên nhanh hơn hàng triệu tỷ lần so với siêu máy tính mạnh nhất thế giới hiện nay, đồng thời vượt xa kết quả mới nhất của Google công bố trên Nature tháng 10/2024 tới 1 triệu lần.

Ưu thế tính toán lượng tử (quantum computational advantage), hay còn gọi là “ưu thế lượng tử tối cao”, là điểm mà máy tính lượng tử vượt xa siêu máy tính cổ điển trong các nhiệm vụ cụ thể. Thành tựu này không chỉ chứng minh tính khả thi của công nghệ lượng tử mà còn là thước đo trực tiếp sức mạnh nghiên cứu của một quốc gia trong lĩnh vực này.

Được thiết kế bởi Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC), “Zuchongzhi 3.0” sử dụng 105 qubit transmon, bố trí trên lưới hình chữ nhật 15x7 với 182 bộ ghép nối để tăng cường kết nối. Nhóm nghiên cứu chọn 83 qubit tối ưu cho thí nghiệm, giảm tỷ lệ lỗi và tăng độ ổn định. Họ thực hiện bài kiểm tra lấy mẫu mạch ngẫu nhiên quy mô lớn với độ sâu 32 chu kỳ - mức phức tạp vượt xa kỷ lục 67 qubit, 32 chu kỳ của Google.

Nhóm nghiên cứu đã tinh chỉnh thiết kế qubit, tối ưu điện dung và tham số Josephson để giảm nhiễu điện tích. Quy trình chế tạo cũng được nâng cấp, dùng tantalum và nhôm định hình bằng quang khắc, kết nối qua kỹ thuật flip-chip indium bump, giúp giảm ô nhiễm và tăng thời gian mạch lạc (coherence time). Kết quả: thời gian thư giãn (T1) đạt 72 micro giây, thời gian mất pha (T2) lên 58 micro giây, độ chính xác cổng đơn qubit là 99,90%, và cổng hai qubit đạt 99,62%, vượt trội so với các máy tính lượng tử siêu dẫn trước đây.

Ưu thế lượng tử là nền tảng cho ứng dụng gần hạn và sửa lỗi lượng tử quy mô lớn, hai yếu tố cốt lõi để đưa lượng tử vào thực tiễn. Nhóm “Zuchongzhi 3.0” đang khám phá nhiều hướng: sửa lỗi lượng tử, rối lượng tử, mô phỏng lượng tử và hóa học lượng tử. Zhu Xiaobo tiết lộ họ đang nghiên cứu sửa lỗi mã bề mặt (surface code) với khoảng cách mã 7, sau đó sẽ mở rộng lên 9 và 11, đặt nền móng cho tích hợp và điều khiển qubit quy mô lớn.

Hà An (tổng hợp)