Microsoft công bố chip lượng tử Majorana-2: Bước tiến mới trong việc xây dựng máy tính lượng tử
Chip Majorana-2 là gì?
Microsoft đã tiết lộ chi tiết về Majorana-2 – phiên bản thứ hai của dòng chip dự án “Quantum Computer” (Q-Core) được thiết kế dựa trên các hạt Majorana. Đây là những hạt hư cấu tồn tại ở nhiệt độ gần tuyệt đối, được cho là có khả năng lưu trữ thông tin lượng tử một cách ổn định hơn so với các qubit truyền thống.
Cải tiến so với Majorana-1
- Kích thước thu gọn: Majorana-2 chỉ chiếm khoảng 1/4 diện tích của phiên bản đầu tiên, giúp tích hợp nhiều hạt hơn trên cùng một wafer.
- Tốc độ nhân đọc nhanh hơn 3 lần: Nhờ kiến trúc mạch điều khiển mới, chip có thể đọc trạng thái qubit trong thời gian ngắn hơn, giảm thiểu lỗi do nhiễu.
- Khả năng chịu lỗi cao: Được trang bị “error-correcting codes” dựa trên lý thuyết topological, chip có thể tự động phát hiện và sửa chữa một số lỗi thường gặp trong môi trường lượng tử.
Quy trình sản xuất
Microsoft hợp tác chặt chẽ với IBM và các trung tâm nghiên cứu ở Arizona để sản xuất chip trên nền tảng silicon-germanium. Quy trình đòi hỏi:
- Lắng đọng lớp SiGe siêu mỏng ở nhiệt độ 1 K.
- Khắc mẫu bằng electron-beam lithography để tạo các nanowire chính.
- Ký hợp chất superconducting (niobium và tantalum) trên mặt chip, giúp các hạt Majorana xuất hiện và duy trì trạng thái topological.
Ứng dụng tiềm năng
- Mã hoá lượng tử bảo mật: Nhờ khả năng chống phá vỡ bởi các cuộc tấn công lượng tử, Majorana-2 có thể trở thành nền tảng cho các giao thức mã hoá mới.
- Mô phỏng vật liệu phức tạp: Các nhà vật lý dự kiến sẽ dùng chip này để mô phỏng các hiện tượng siêu dẫn và tương tác hạt mạnh mà các máy tính cổ điển không thể xử lý.
- Tối ưu hoá thuật toán AI: Khi khả năng tính toán tăng lên, các mô hình học sâu sẽ được tối ưu hoá thông qua các thuật toán lượng tử, giảm thời gian đào tạo đáng kể.
Thách thức còn lại
Mặc dù Majorana-2 đã vượt qua nhiều rào cản kỹ thuật, Microsoft vẫn phải giải quyết:
- Độ ổn định lâu dài: Đảm bảo các hạt Majorana không mất trạng thái sau vài giờ hoạt động liên tục.
- Chi phí sản xuất: Giảm giá thành của wafer SiGe và quy trình làm lạnh siêu sâu để đưa công nghệ tới thị trường.
- Tiêu chuẩn hoá giao tiếp: Xây dựng giao thức chuẩn để các hệ thống lượng tử khác nhau có thể “nói chuyện” với nhau.
Những gì chúng ta mong đợi trong tương lai
Microsoft hứa hẹn sẽ công bố một bản mẫu “Majorana-3” vào cuối năm 2027, với mục tiêu tích hợp trên 500 qubit topological và hỗ trợ các thuật toán chuẩn của ngành. Nếu kế hoạch thành công, Microsoft có thể nhanh chóng đưa công nghệ lượng tử tới các trung tâm dữ liệu doanh nghiệp và các dự án nghiên cứu quốc phòng.
Nguồn The Verge