Microsoft công bố bộ xử lý lượng tử Majorana 1: Bước tiến lớn trong điện toán lượng tử

Microsoft vừa giới thiệu bộ xử lý lượng tử mới mang tên Majorana 1, được phát triển dựa trên một trạng thái vật chất hoàn toàn mới chưa từng được ghi nhận trước đây.

Công nghệ đột phá này hứa hẹn sẽ mở đường cho kỷ nguyên máy tính lượng tử mạnh mẽ, có khả năng thúc đẩy những bước tiến vượt bậc trong trí tuệ nhân tạo, y học, năng lượng bền vững và nhiều lĩnh vực khác.

Máy tính lượng tử khác gì so với máy tính truyền thống?

Từ trước đến nay, máy tính truyền thống đều sử dụng bộ vi xử lý bán dẫn với các bit nhị phân (1 và 0) để xử lý thông tin. Dù các chip bán dẫn ngày càng nhỏ và mạnh hơn, chúng vẫn có giới hạn vật lý về dung lượng lưu trữ và tốc độ tính toán.

Trong khi đó, máy tính lượng tử hoạt động dựa trên qubit (bit lượng tử), khai thác các đặc tính kỳ lạ của hạt hạ nguyên tử. Chẳng hạn, một hệ hai qubit có thể lưu trữ bốn trạng thái cùng lúc, và khi số lượng qubit tăng lên, khả năng tính toán sẽ tăng theo cấp số nhân. Điều này giúp máy tính lượng tử xử lý dữ liệu với tốc độ vượt xa siêu máy tính hiện tại.

Ví dụ, vào tháng 12 năm ngoái, Google công bố hệ thống lượng tử có thể thực hiện phép tính trong 5 phút, trong khi một siêu máy tính thông thường sẽ mất hơn 10 septillion năm (lâu hơn cả tuổi của vũ trụ) để hoàn thành.

Majorana 1 – bước tiến đột phá của Microsoft

Khác với những bộ xử lý lượng tử thông thường, Majorana 1 dựa trên công nghệ qubit tô-pô (topological qubit), được phát triển trong hơn 17 năm nghiên cứu. Cụ thể, Microsoft đã tạo ra topoconductor, một loại siêu dẫn tô-pô sử dụng hạt Majorana, vốn được nhà vật lý lý thuyết Ettore Majorana dự đoán từ năm 1937 nhưng chưa từng được quan sát trực tiếp trước đây.

Hệ thống này kết hợp chất bán dẫn indium arsenide với nhôm – một vật liệu siêu dẫn, và hoạt động trong điều kiện cực lạnh gần độ không tuyệt đối (-400°F hoặc -240°C). Khi được điều chỉnh bằng từ trường, nó tạo ra dây nano siêu dẫn tô-pô chứa các chế độ không Majorana (MZM) ở hai đầu dây.

Vấn đề của máy tính lượng tử và tham vọng của Microsoft

Dù có tiềm năng vượt trội, máy tính lượng tử vẫn gặp thách thức lớn liên quan đến hiện tượng decoherence – khi qubit đang ở trạng thái lượng tử nhưng bị “sập” về giá trị 1 hoặc 0 khi con người cố gắng đọc dữ liệu.

Tuy nhiên, Microsoft tin rằng công nghệ qubit tô-pô sẽ giúp giảm thiểu lỗi và tăng khả năng mở rộng. Hiện tại, Majorana 1 mới chỉ có 8 qubit, tương đương với nhiều bộ xử lý lượng tử khác. Nhưng điều quan trọng là nó được thiết kế để có thể mở rộng lên 1 triệu qubit – một cột mốc quan trọng hướng đến máy tính lượng tử thực sự.

“Một máy tính lượng tử 1 triệu qubit không chỉ là một cột mốc công nghệ, mà còn là chìa khóa để giải quyết những vấn đề phức tạp nhất của nhân loại,” Chetan Nayak, Phó chủ tịch mảng phần cứng lượng tử của Microsoft, phát biểu.

Kỷ nguyên máy tính lượng tử đang đến gần?

Dù còn nhiều thách thức, công nghệ của Microsoft mở ra triển vọng về một thế hệ máy tính lượng tử ổn định và mạnh mẽ hơn, có thể mô phỏng phân tử để tìm ra thuốc mới, tối ưu hóa mạng lưới năng lượng, phát triển AI tiên tiến và nhiều ứng dụng khác.

Nếu thành công, đây sẽ là một cuộc cách mạng công nghệ, thay đổi hoàn toàn cách con người xử lý dữ liệu và giải quyết các bài toán phức tạp trong tương lai.