Muốn có máy tính lượng tử không phải dễ

Song đây là công việc đầy thách thức, đặc biệt là khi công nghệ thử nghiệm và một thời từng là “bí truyền” giờ đây đang trở thành công nghệ chủ đạo mà các hãng lớn như IBM, Google, Alibaba và cả nhiều startup như Rigetti và IonQ theo đuổi. Nhu cầu máy tính lượng tử đang tăng nhanh hơn nguồn cung ở một số khu vực quan trọng, theo MIT Technology Review.

Có thể mất nhiều tháng, thậm chí một năm hoặc hơn để làm ra tủ lạnh loãng chuyên dụng, vốn có khả năng hạ nhiệt độ xuống mức lạnh hơn so với không gian bên ngoài để hỗ trợ bit lượng tử (qubit). Qubit là chìa khóa cho sức mạnh của máy tính lượng tử. Một thử thách khác là hệ thống cáp chuyên dụng cần thiết để truyền tín hiệu vi sóng điều khiển qubit.

Vì các thành phần cần thời gian dài để thu thập, tiến trình làm máy tính lượng tử bị cản trở. “Tình hình này làm chậm khả năng của nhóm khi làm việc song song với nghiên cứu trong lĩnh vực này”, Giáo sư Irfan Siddiqi thuộc Đại học California, Berkeley (Mỹ) cho hay.

Công nghệ khan hiếm

Một lý do khiến việc sản xuất máy tính lượng tử trở nên khó khăn là nó không dùng nhiều cơ sở hạ tầng được phát triển cho máy móc cổ điển. “Chúng dựa trên nhiều nguyên tắc rất lạ, đồng nghĩa với việc chúng có phần cứng thực sự lạ”, Giáo sư Chris Monroe thuộc Đại học Maryland (Mỹ), người cũng là CEO hãng IonQ cho biết.

Không như bit cổ điển có thể đại diện cho 1 hoặc 0, qubit là các hạt nguyên tử có thể chiếm trạng thái lượng tử của cả 1 và 0 cùng lúc, chỉ nhận giá trị xác định khi chúng được đo. Chúng cũng có thể ảnh hưởng lẫn nhau thông qua quá trình được gọi là “entanglement” - quá trình rối.

Những tính chất trên một ngày nào đó có thể cho phép cỗ máy lượng tử vượt trội hơn tất cả siêu máy tính cổ điển mạnh nhất. Dù vậy, sản xuất và quản lý qubit còn là thách thức kỹ thuật lớn. Hãng Rigetti, cũng như Google và IBM, đang tập trung vào việc sử dụng nhiều electron chạy qua dây siêu dẫn được làm lạnh đến nhiệt độ khắc nghiệt, điều giải thích sự cần thiết của tủ lạnh pha loãng.

Vấn đề là các khối trụ khổng lồ có thể có giá từ 500.000 USD đến 1 triệu USD mỗi chiếc, được sản xuất theo yêu cầu. Giới nghiên cứu cho hay chỉ một vài doanh nghiệp như BlueFors ở Phần Lan và Oxford Instruments ở Anh là đang sản xuất sản phẩm với chất lượng tốt.

Tủ lạnh cũng đòi hỏi sự kết hợp của nhiều loại khí để làm siêu lạnh, trong đó có helium-3, đồng vị của helium mà ông Johnson cho rằng “đặc biệt khó” tìm. Nó thường là sản phẩm phụ của chương trình nghiên cứu hạt nhân và vũ khí do chính phủ quản lý, do đó nó không sẵn có. Loại khí này hiếm đến mức giá thành có thể lên đến 40.000 USD cho lượng khí đủ làm một tủ lạnh.

Cáp siêu dẫn khó tìm

Ngoài ra, các dây cáp siêu dẫn mang tín hiệu được dùng để kiểm soát qubit cũng khó tìm. Chúng là loại cáp được thiết kế đặc biệt để dẫn nhiệt rất ít, từ đó không phá vỡ trạng thái lượng tử tinh vi của qubit bên trong tủ lạnh. Johnson cho biết hiện chỉ có một nhà cung ứng chính cho doanh nghiệp của ông, đó là hãng Nhật Bản Coax Co.

Máy tính lượng tử có thể được chế tạo theo nhiều cách khác mà không phụ thuộc vào việc làm đông lạnh. Dù vậy, cách làm này cũng ẩn chứa thách thức riêng. Đơn cử, công ty của ông Monroe bẫy các nguyên tử riêng rẽ trong trường điện từ trên chip silicon trong buồng chân không. Sau đó, họ dùng laser để kiểm soát qubit nguyên tử.

Để quá trình này có kết quả, chip phải có lượng vàng nhỏ trên đó, song một số nhà máy sản xuất silicon tiêu chuẩn chưa được thiết kế để xử lý yêu cầu chuyên biệt như trên. IonQ hiện tập hợp một nhóm nhân viên để phát triển thiết kế chip riêng.

Chuyên gia Siddiqi cho hay ông tận dụng các bài phát biểu tại hội nghị như DesignCon, sự kiện linh kiện điện tử lớn sẽ diễn ra ở Thung lũng Silicon cuối tháng này, để khuyến khích nhiều doanh nghiệp quan tâm hơn đến ngành công nghiệp lượng tử. Kế hoạch quốc gia mới của Mỹ và châu Âu với mục tiêu thúc đẩy khoa học thông tin lượng tử có thể thúc đẩy hoạt động từ các nhà cung ứng tiềm năng.

Startup cũng có ích trong trường hợp này. Đơn cử, Delft Circuits, một hãng non trẻ ở Hà Lan, phát triển công nghệ giúp giám sát và kiểm soát qubit, trong đó có một số dây cáp chuyên dụng để mang tín hiệu vi sóng. Giám đốc công nghệ Jakob Kammhuber của Delft Circuits cho hay trong khi máy tính lượng tử đang mở rộng để quản lý khoảng 100 qubit hiện nay, con số này phải tăng vọt để chúng bắt đầu thực sự hữu ích. Các giải pháp phần cứng sáng tạo cũng cần để kiểm soát máy.

Theo Thanh Niên