Chất liệu silicon quen thuộc nằm trong từng chiếc smartphone có thể lại chính là lời giải quyết định cho cuộc đua điện toán lượng tử toàn cầu. Mới đây, các nhà nghiên cứu đã vận hành thành công cùng lúc 5 qubit spin silicon với độ chuẩn xác (fidelity) đạt xấp xỉ 99,9%. Đây là cột mốc then chốt, giải quyết bài toán hóc búa nhất trong nỗ lực mở rộng quy mô chip lượng tử.
Vượt qua ranh giới sửa lỗi lượng tử
Trong điện toán lượng tử, việc điều khiển một vài qubit đơn lẻ trong phòng thí nghiệm vốn không còn là điều bất khả. Thách thức sinh tử nằm ở hiện tượng nhiễu chéo (crosstalk): khi kích hoạt đồng thời nhiều qubit bằng xung vi ba hoặc xung cổng điện áp, từ trường và điện trường từ thao tác này sẽ vô tình làm xáo trộn các qubit lân cận, khiến độ chính xác lao dốc.
Đột phá mới đã khắc phục trực tiếp hiện tượng nhiễu chéo điện và từ trong quá trình vận hành song song. Mức độ chuẩn xác ~99,9% vượt qua ngưỡng lý thuyết tối thiểu 99% — điều kiện tiên quyết để áp dụng mã bề mặt (surface code) nhằm sửa lỗi lượng tử dung sai (fault-tolerant). Nhờ đó, tính toán lượng tử không còn là lý thuyết mong manh trước những rung động vi mô.
Lợi thế CMOS và cuộc đua vật liệu
Khác với mạch siêu dẫn cồng kềnh của IBM hay Google đòi hỏi hạ tầng chế tạo hoàn toàn mới, qubit spin silicon có thể tận dụng dây chuyền sản xuất bán dẫn thương mại (CMOS) vốn đã hoàn thiện suốt nửa thế kỷ qua. Về mặt lý thuyết, các xưởng đúc chip khổng lồ có thể sản xuất hàng loạt bộ xử lý lượng tử mà không phải vấp phải rào cản vật lý căn bản khi vận hành song phương.
Tuy nhiên, giới chuyên môn vẫn giữ cái nhìn thận trọng. Việc mở rộng từ 5 qubit lên hàng triệu qubit để phục vụ các bài toán ứng dụng thực tế vẫn là hành trình khổng lồ. Các vấn đề như tản nhiệt ở nhiệt độ cực hàn (millikelvin), đi dây liên kết mật độ cao và tỷ lệ linh kiện hoạt động ổn định trên cùng tấm nền silicon vẫn cần thêm thời gian để giải quyết. Thêm vào đó, theo thông tin hiện có, cần kiểm chứng liệu độ chuẩn xác 99,9% này áp dụng riêng cho các cổng logic đơn qubit hay đã bao hàm cả các cổng vướng víu hai qubit (như CZ hay CNOT).
Gợi mở chiến lược cho bán dẫn Việt Nam
Đối với Việt Nam — quốc gia đang dồn lực cho Chiến lược Bán dẫn Quốc gia — bước tiến này mang lại tầm nhìn dài hạn quan trọng. Năng lực thiết kế vi mạch, vật lý bán dẫn nền tảng và chế tạo nano hôm nay không chỉ phục vụ điện tử tiêu dùng hay AI thế hệ hiện tại, mà chính là bệ phóng sẵn sàng cho kỷ nguyên điện toán lượng tử trong tương lai gần.
— Bài viết này được tổng hợp và biên soạn bởi AI LUMINA từ các nguồn đã xác thực. Dữ liệu và thông tin dẫn nguồn từ: Science Daily.
