Nội dung bài viết
Một số công ty điện toán lượng tử mà chúng tôi đề cập đã thực hiện cập nhật tiến độ gần đây. Với hàng chục công ty, từ các công ty khởi nghiệp nhỏ đến những gã khổng lồ công nghệ, đang theo đuổi điện toán lượng tử, họ sẽ nhận được nhiều kết quả ổn định khi cố gắng tìm ra con đường dẫn đến tiện ích.
Chúng tôi thường tập trung vào các công nghệ mới và các mốc quan trọng, điều này có thể che khuất sự thật rằng mọi thành công lớn chắc chắn sẽ được xây dựng dựa trên rất nhiều tiến bộ gia tăng.
Vài tuần qua đã chứng kiến một số công ty công bố báo cáo tiến độ về cách họ đang cố gắng đưa công nghệ này đến gần hơn với mục đích sử dụng chung. Không điều nào trong số này đại diện cho một bước đột phá lớn, nhưng tất cả đều thực sự cần thiết để công nghệ phát triển.
Ý tưởng ở đây là truyền tải công việc khó khăn cần thiết để đưa chúng ta đến gần hơn với điều gì đó hữu ích. Microsoft là một trong số ít công ty nghiên cứu về qubit tôpô, dựa trên cơ sở vật lý riêng biệt xảy ra khi các hạt bị giam giữ.
Hệ thống của Microsoft dựa vào một dây siêu dẫn mỏng đặt trên chất bán dẫn. Trong chất siêu dẫn, nhóm gồm hai electron tạo thành cặp Cooper.
Nhưng nếu dây chứa một số lẻ các electron dẫn điện, nghĩa là có một electron chưa ghép cặp, thì cuối cùng nó sẽ được định vị thành cả hai en. ds của dây.
(Bởi vì cơ học lượng tử rất kỳ lạ.) Ít nhất đó là hành vi mà các nhà lý thuyết đã mô tả. Trước khi công ty có thể xây dựng qubit dựa trên hành vi, công ty phải xác nhận rằng hành vi đó thực sự xảy ra như các nhà lý thuyết dự đoán.
Nó không hề thuận buồm xuôi gió. Một số công trình ban đầu trong lĩnh vực này sau đó đã bị rút lại và những nỗ lực của Microsoft nhằm chứng tỏ nền vật lý vững chắc đã gặp phải một số hoài nghi, vì hệ thống mà nó thể hiện rất ồn ào.
Mặc dù vậy, công ty đã đặt ra lộ trình dựa trên việc xây dựng qubit từ các cặp dây nano này. Tuần này, công ty đã phát hành một bản cập nhật báo cáo hiệu suất tốt hơn nhiều bằng cách thay đổi vật liệu được sử dụng để tạo ra qubit.
Trong phiên bản phần cứng trước đây, nó sử dụng nhôm làm chất siêu dẫn (các thiết bị được giữ ở gần độ không tuyệt đối). Thứ đó đã được thay thế bằng chì.
Chất bán dẫn cơ bản cũng được cải tiến để bao gồm một số thiếc, giúp cải thiện sự liên kết quỹ đạo quay giữa các electron của nó và các electron trong dây dẫn.
Các thiết bị mà Microsoft đang sử dụng có hai dây song song và dựa vào việc đo tính chẵn lẻ của cặp (cả hai đều có thêm một electron, cả hai đều không có hoặc ở trạng thái hỗn hợp) bằng cách sử dụng các chấm lượng tử.
BẰNG đã đề cập, hệ thống ban đầu rất ồn ào và thường tự động thay đổi trạng thái chẵn lẻ sau mỗi 10 mili giây hoặc ít hơn. Với các vật liệu mới, trạng thái chẵn lẻ đôi khi có thể vượt quá 20 giây.
Loại ổn định này luôn là lời hứa hẹn của các qubit tôpô và là lý do ban đầu Microsoft cam kết với hệ thống này. Điều đó nói lên rằng, công ty vẫn còn một chặng đường dài phía trước.
Nó vẫn cần chứng minh khả năng thao túng tính chẵn lẻ theo cách cho phép nó thực hiện các thao tác tính toán trên từng qubit riêng lẻ và các cặp trong số chúng. Về lâu dài, sẽ có những quyết định được đưa ra về cách liên kết các qubit riêng lẻ theo cách có thể sửa lỗi.
Nhưng nếu bản thảo này được giữ vững trong quá trình đánh giá ngang hàng, có vẻ như vụ đặt cược phần cứng mà Microsoft đưa ra là một ván cược chắc chắn.
Atom Computing vừa là đối thủ vừa là đối tác của Microsoft, vì phần cứng của nó có thể truy cập được thông qua dịch vụ Azure Quantum Cloud của Microsoft. Các công ty cũng đã làm việc cùng nhau để phát triển phần mềm và giao thức cần thiết để thực hiện sửa lỗi trên phần cứng của Atom.
Đó không phải là “phần cứng” theo nghĩa điện toán thông thường. Hầu hết vật liệu rắn đều liên quan đến tia laser và các thiết bị dẫn hướng quang học; việc tính toán được thực hiện sử dụng các spin hạt nhân của các nguyên tử được giữ lơ lửng bởi một dãy ánh sáng laser.
Tuy nhiên, Atom đang phát triển một thứ gì đó giống như một kiến trúc trong đó có vùng lưu trữ, vùng vận hành và tập hợp các nguyên tử dự phòng có thể được đưa vào nếu một trong những nguyên tử khác bị mất.
Một cấu hình tia laser gọi là “nhíp quang học” được sử dụng để xáo trộn các nguyên tử giữa các vị trí này. Trong một bản thảo mới, công ty cho thấy việc dự trữ nguyên tử dự phòng đó có thể quan trọng như thế nào.
Để giữ trạng thái của chúng và giữ chúng trong bẫy, tia laser phải được sử dụng để làm mát các nguyên tử, chúng có xu hướng nóng lên trong quá trình hoạt động.
Quá trình làm mát là một quá trình chậm, nhưng nếu không làm như vậy có xu hướng khiến các nguyên tử nóng có thể nhảy ra khỏi bẫy laser giữ chúng trong một mạng lưới, điều này rõ ràng gây ra lỗi.
Vì vậy, Atom có một chút nhược điểm: nó cần thực hiện các thao tác để sửa lỗi, nhưng những thao tác đó khiến lỗi dễ xảy ra hơn.
Giải pháp của nó là xác định rằng nó có thể thực hiện các phép đo cần thiết để sửa lỗi theo cách có thể hoán đổi một nguyên tử dự phòng, được làm lạnh trước thành một qubit logic.
Thực hiện kiểm tra bằng cách đo liên tục trạng thái của một qubit logic (một tập hợp liên kết lưu trữ dữ liệu và xử lý lỗi qubit tection) cho thấy điều này đã tạo ra sự khác biệt lớn.
Việc thực hiện sửa lỗi trên qubit logic mà không hoán đổi các nguyên tử lạnh khiến xác suất xảy ra lỗi tăng lên sau mỗi phép đo liên tiếp. Việc thực hiện hoán đổi giữ cho xác suất gần như không đổi theo thời gian.
Điều đó không có nghĩa là qubit được sửa lỗi hoàn toàn ổn định. Cuối cùng, một trong những lỗi chắc chắn xảy ra không thể phục hồi được vì có quá nhiều nguyên tử riêng lẻ của nó thay đổi trạng thái cùng một lúc.
Nhưng việc thực hiện sửa lỗi thông thường có thể giữ cho một số qubit logic này ổn định trong tối đa 90 vòng. Một lần nữa, điều đó không đủ tốt cho bất kỳ loại tính toán phức tạp nào.
Nhưng nó đã gần hơn rất nhiều so với trước khi công ty thực hiện kỹ thuật này. EeroQ là một công ty khởi nghiệp có cách tiếp cận khác biệt với qubit.
Một số công ty đang xem xét sử dụng spin của các electron làm qubit của họ, điển hình là vì việc chế tạo chip có thể dễ dàng điều khiển các electron được giữ trong các chấm lượng tử. EeroQ đang sản xuất chip của mình với rất nhiều bể nhỏ có thể chứa một giọt heli lỏng.
Khi một electron được đặt vào giọt đó, nó sẽ không có nơi nào để đi vì helium ghét phải mang thêm một electron. Vì vậy, electron đơn độc j chúng ta nổi trên bề mặt.
Điều này thật tuyệt vời, nhưng nó đã được thiết lập vững chắc về mặt vật lý từ rất lâu trước khi công ty ra mắt. Vấn đề là chưa ai tìm ra được phương pháp tương tác với electron theo những cách hữu ích.
Gần đây, công ty đã phát hành một bản thảo mô tả một phiên bản chip mới của mình, một phiên bản có bộ cộng hưởng nhỏ bên cạnh bể chứa đầy khí heli. Họ chứng tỏ rằng bộ cộng hưởng này có thể kết hợp với chuyển động của electron, chuyển động này được điện trường giữ cho không va vào thành bể.
Vì các trạng thái chuyển động của electron bị lượng tử hóa nên bộ cộng hưởng sẽ sử dụng một hoặc hai trạng thái trong quá trình thử nghiệm, đây là khối xây dựng tiềm năng của một qubit.
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.