Ai có thể nghĩ rằng thủy tinh có vẻ dễ vỡ và giòn, lại mang lại sự ổn định cho các qubit lượng tử? IonQ – một công ty con của Trung tâm lượng tử Duke đã công bố một bước đột phá mới trong công nghệ sản xuất chip. Họ đặt thiết kế chip silicon truyền thống sang một bên, tập trung vào việc xây dựng một chip máy tính bằng thủy tinh có khả năng lưu trữ các ion. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra kỹ thuật bẫy ion thủy tinh này bằng cách vẽ trên các rãnh nhỏ của thủy tinh silica.
Mục Lục
Công ty Mỹ phát triển chip lượng tử thủy tinh
Các nhà nghiên cứu tạo ra công nghệ bẫy ion bằng thủy tinh này bằng cách vẽ lên thủy tinh silica những đường rãnh chính xác tới cỡ micromet; tấm chip có khả năng chữa một chuỗi những qubit là ion. Trước đây, IonQ đã bán những hệ thống máy tính lượng tử 32-qubit cho nhiều doanh nghiệp cung cấp giải pháp điện toán đám mây, trong đó có Microsoft Azure, Amazon Web Services và Google Cloud.
IonQ gọi công nghệ chip mới là “cấu trúc lượng tử đa nhân có thể tinh chỉnh lại – reconfigurable multicore quantum architecture”, viết tắt là RMQA. Dựa trên tính đột phá của RMQA, IonQ có thể tăng quy mô chip lên nhiều lần. Có nhiều cách thiết kế, chế tạo một hệ thống máy tính lượng tử. Và IonQ chọn con đường bẫy ion để cố gắng đạt được ưu thế lượng tử. Điểm mốc mà tại đó máy tính lượng tử vượt mặt máy tính cổ điển trong khả năng tính toán.
Bên cạnh IonQ, còn có AQT, Honeywell và Oxford Ionics cũng ứng dụng công nghệ bẫy ion trong chế tạo máy tính lượng tử. Trong thiết kế RMQA, qubit được lưu trữ trong trạng thái tích điện. Cho phép các ion bị chiếu tia laser cường độ cao có thể tương tác với qubit. IonQ khẳng định phương pháp bẫy ion này, đặc biệt là khi được hậu thuẫn bởi công nghệ bẫy thủy tinh mới.
Con chip có sức mạnh tính toán của 64 qubit
Cho phép thời gian tồn tại của qubit dài chưa từng có. Cũng theo lời công ty, điểm cộng của công nghệ mới. Còn nằm tại việc duy trì được nhiều qubit, tăng được quy mô hệ thống. Trong thử nghiệm, IonQ trình diễn một con chip có 64 qubit với thiết kế đơn giản đến đáng ngạc nhiên. Trên con chip thủy tinh là 4 chuỗi 16 qubit bị giữ chặt trong các bẫy ion. Tuy nhiên, con chip chỉ có sức mạnh tính toán của 48 qubit mà thôi. Bởi 16 qubit (với 4 qubit trong mỗi chuỗi) được sử dụng như các ion “làm lạnh”; đóng vai trò sửa sai cho hệ thống nếu như có biến động xảy ra.
Tuy không tận dụng được toàn bộ các qubit có trong chip. Hệ thống lại có điểm cộng khác: IonQ có thể tăng sức mạnh chip thông qua việc tăng diện tích bề mặt chip. CEO của IonQ là Peter Chapman khẳng định họ có thể tăng số lượng qubit trên mỗi chip lên tới hàng trăm.
IonQ đang vững chân bước tới đích đến. Là một hệ thống bao gồm nhiều chip lượng tử kết nối với nhau; và được điều khiển bằng ánh sáng. “Một khi có được trạng thái rối, khoảng cách giữa các chip không còn là vấn đề. Dù là một chuỗi [qubit] trên một chip hay giữa các chip với nhau. Chúng sẽ đều vận hành như một cỗ máy tính lượng tử lớn”, CEO Chapman khẳng định.
Quạt gió “ion” giúp làm mát chip máy tính
Các công nghệ làm mát truyền thống sử dụng quạt bị hạn chế. Bởi chúng có thể gặp các vấn đề về luồng không khí. Khi các cánh quạt thổi không khí qua một con chip. Những phân tử gần với con chip nhất có thể bị kẹt lại và vẫn giữ nguyên vị trí; gây trở ngại cho hiệu suất làm mát.
Nhưng thiết bị quạt “ion” mới được phát minh lại sử dụng một chiến thuật khác. Mẫu quạt này hoạt động bằng cách thay đổi các phần tử tĩnh điện từ đầu này tới đầu kia của thiết bị. Khi một điện áp được đưa vào động cơ ion, các ion tĩnh điện dương được tạo ra. Và chúng bị kéo về phía một sợi dây được tĩnh điện âm (một cực âm); buộc luồng không khí chuyển động.
Các nhà khoa học nói rằng khi họ sử dụng động cơ này kết hợp với một chiếc quạt truyền thống. Thì thấy rằng các phân tử không khí. Thay vì bị kẹt lại, đã được kéo đi ngang qua bề mặt con chip; và giúp tăng khả năng làm mát. Nhóm nghiên cứu cho biết thiết bị của họ đã tăng hiệu suất làm mát lên tới 250% so với một chiếc quạt chip thông thường. GS Suresh Garimella, một đồng tác giả của nghiên cứu nói. “Các thí nghiệm sử dụng các phương pháp tăng khả năng làm mát khác chỉ có thể tăng hiệu suất làm mát từ 40% đến 50%. Nhưng việc tăng tới 250% thì quả là đáng kinh ngạc”.
>>> Xem thêm về chuyên mục công nghệ tại đây.