Trapped ion cung cấp tỷ lệ lỗi thấp và khả năng kết nối cao giữa các qubit. Công ty điện toán lượng tử IonQ đang sử dụng công nghệ này.
Giống như bit là cơ sở của bất kỳ máy tính kỹ thuật số thông thường nào, bit lượng tử (ngắn gọn là qubit) là cơ sở của bất kỳ bộ xử lý lượng tử nào. Trong số các công nghệ khác nhau hiện có để xây dựng một qubit, ion bị mắc kẹt là công nghệ cung cấp tỷ lệ lỗi thấp (có nghĩa là độ trung thực của cổng cao) và kết nối cao giữa các qubit. IonQ, một công ty điện toán lượng tử phần cứng và phần mềm thuần chơi được giao dịch công khai , đang sử dụng công nghệ này và đã xuất bản một bài báo trên Natuređiều đó cho thấy một bước đột phá đáng kể trong công nghệ sửa lỗi cho máy tính lượng tử. Với sự hợp tác của các nhà khoa học từ Đại học Duke và Viện Công nghệ Georgia, công trình này chứng minh cách máy tính lượng tử có thể khắc phục lỗi tính toán lượng tử, một trở ngại kỹ thuật chính đối với các trường hợp sử dụng quy mô lớn như dự đoán thị trường tài chính hoặc khám phá thuốc.
Trong điện toán lượng tử, các thành phần phần cứng và phần mềm có liên quan chặt chẽ và phụ thuộc vào nhau. Trên thực tế, máy tính lượng tử là một hệ thống phức tạp không chỉ liên quan đến giải pháp phần cứng chuyên dụng và tiên tiến mà còn cả bộ phát triển phần mềm (SDK) với giao diện lập trình ứng dụng (API) sẵn sàng sử dụng.
Chris Monroe, nhà đồng sáng lập kiêm nhà khoa học chính tại IonQ cho biết: “Để tận dụng tối đa phần cứng, bạn cần tận dụng lợi thế của nó ở cấp độ phần mềm. “Bạn cần biết các kết nối là gì, kiến trúc là gì, các cổng nào có sẵn và đây là thông tin duy nhất có thể giúp bạn biên dịch các chương trình hiệu quả hơn.”
Tỷ lệ lỗi
Một trong những thách thức lớn nhất trong việc xây dựng máy tính lượng tử là giữ cho tỷ lệ lỗi càng thấp càng tốt vì tỷ lệ lỗi thấp có thể ảnh hưởng đến khả năng mở rộng của hệ thống và do đó tổng số qubit có thể được sử dụng mà không ảnh hưởng đến độ tin cậy của nó. Bộ xử lý lượng tử của IonQ được cung cấp năng lượng bởi các nguyên tử này. Từ khâu chuẩn bị ban đầu cho đến lần đọc cuối cùng, các nguyên tử được giữ lại trong không gian 3D và được điều khiển thông qua chùm tia laze để đảm bảo độ ổn định cần thiết. Hệ thống yêu cầu kỹ thuật quang học và cơ khí chính xác và điều khiển phần sụn chi tiết trên vô số thành phần.
Hình 1: Thiết bị bẫy ion IonQ
“Phần cứng của chúng tôi dựa trên các nguyên tử riêng lẻ, có thể được coi là các bit lượng tử.” Monroe nói.
Vì qubit dựa trên các nguyên tử tự nhiên, chúng không cần phải được sản xuất và do đó chúng không có bất kỳ lỗi sản xuất nào. Đây là một trong những khía cạnh có liên quan nhất để mở rộng quy mô. Nói chung, khi hệ thống lớn hơn, việc giữ nó bị cô lập sẽ khó hơn. Nếu chúng ta làm cho một hệ thống lớn hơn, thông thường lỗi sẽ tăng lên. Theo IonQ, đó không phải là trường hợp của hệ thống của họ, hệ thống có thể được mở rộng như chúng ta muốn, trong khi vẫn được cách ly hoàn hảo.
Mỗi qubit trong hệ thống trạng thái rắn hơi khác so với những qubit khác, rất ồn và cần được cách ly gần như hoàn hảo trong quá trình tính toán. Đó là một hạn chế đối với công nghệ trạng thái rắn, vì trạng thái rắn, theo định nghĩa, không phải là cô lập. Để làm cho các nguyên tử ổn định (không chuyển động), IonQ sử dụng một quá trình gọi là làm lạnh bằng tia laser. Bằng cách điều chỉnh tia laser đúng cách, quá trình này có thể khiến các nguyên tử ở trạng thái nghỉ ngơi. Điều quan trọng là quá trình này không cần đến tủ lạnh hay thiết bị cầu kỳ mà chỉ cần tia laze. Kết quả là buồng chân không chứa các nguyên tử có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng; vì chân không nên không truyền nhiệt (hình 2).
Hình 2: Bộ xử lý lượng tử IonQ 11-qubits
Hệ thống thế hệ hiện tại của IonQ, cũng như bất kỳ hệ thống máy tính lượng tử nào khác trên thế giới, vẫn chưa đủ mạnh để đánh bại các siêu máy tính. Tuy nhiên, tại IonQ, họ cho rằng, vào một thời điểm nào đó trong tương lai khi hệ thống đủ lớn, nó sẽ đánh bại siêu máy tính.
Tháng 10 năm ngoái, một nhóm từ Tổ chức Phát triển Kinh tế Lượng tử (QED-C) đã phát hành phiên bản đầu tiên của bộ mã nguồn mở gồm các điểm chuẩn cho phần cứng máy tính lượng tử. Trong một bài báo nghiên cứu , điểm chuẩn QED-C đã được sử dụng để đánh giá các hệ thống được cung cấp bởi nhiều nhà phát triển phần cứng máy tính lượng tử hàng đầu, bao gồm cả hệ thống ion bị mắc kẹt thế hệ mới nhất của IonQ, hoạt động tốt hơn tất cả các thiết bị khác.
Cần lưu ý rằng trong quá khứ, số lượng qubit được coi là tiêu chuẩn thích hợp nhất để đánh giá sức mạnh và công suất của bộ xử lý lượng tử. Tuy nhiên, khi số lượng qubit tiếp tục tăng lên, một số liệu chính xác và đáng tin cậy hơn trở nên cần thiết. Trên thực tế, ít qubit chất lượng cao hơn thường có thể làm được nhiều việc hơn nhiều qubit chất lượng thấp, đặc biệt nếu chúng có tỷ lệ lỗi thấp hơn. Như đã chỉ ra , một thiết bị có 100 qubit vật lý và tỷ lệ lỗi 0,1% có thể giải quyết nhiều vấn đề hơn thiết bị có một triệu qubit vật lý và tỷ lệ lỗi 1%.
IonQ đã bắt đầu chạy các thuật toán, ngay cả trên hệ thống 11 qubit “nhỏ” của họ, với các công ty tài chính hàng đầu. Ngay khi phần cứng lớn hơn được triển khai, chúng rất có thể sẽ tạo ra giá trị thương mại. Điều này yêu cầu các công cụ phần mềm được thiết kế riêng trên phần cứng bên dưới.
Monroe nói, “Khi bạn học cấu trúc của một thuật toán, bạn có thể học các phím tắt. Chúng tôi thích chạy các thuật toán được đồng thiết kế, được tích hợp chặt chẽ với phần cứng của chúng tôi. ”
Để đối mặt với việc mở rộng quy mô, như đã đề cập trước thách thức lớn nhất khi làm cho bộ xử lý lượng tử mạnh hơn, cả bộ điều khiển laser và phần mềm đều quan trọng như nhau.
Các ứng dụng
Việc ứng dụng điện toán lượng tử vào tài chính được xác nhận bởi một thỏa thuận gần đây do IonQ ký với Multiverse Computing, một công ty phần mềm lượng tử của Tây Ban Nha áp dụng các giải pháp lượng tử và lấy cảm hứng từ lượng tử để giải quyết các vấn đề phức tạp trong tài chính và mang lại giá trị. Sản phẩm hàng đầu của nó, Singularity, cho phép các chuyên gia tài chính tận dụng tính toán lượng tử với các công cụ phần mềm phổ biến. Quan hệ đối tác IonQ-Multiverse sẽ cho phép các chuyên gia tài chính dự đoán rủi ro chính xác hơn và nhanh hơn bao giờ hết. Bằng cách sử dụng giải pháp tích hợp này, các tổ chức tài chính có thể mô phỏng các thách thức tài chính trong thế giới thực bao gồm tính toán giá hợp lý, xây dựng và tối ưu hóa danh mục đầu tư, nhân rộng ETF, định giá rủi ro và nhiều mô phỏng khác với tốc độ và độ chính xác vô song.
IonQ đã phân phối một số hệ thống máy tính lượng tử của họ trên đám mây, được lưu trữ bởi các đối tác chính, chẳng hạn như Amazon Braket, Microsoft Azure Quantum và gần đây là Google Cloud Platform. Điều này sẽ cho phép bất kỳ ai có quyền truy cập vào hệ thống IonQ. Hệ thống của IonQ là những máy tính lượng tử có thể mua được qua Google Cloud Marketplace, hỗ trợ Cirq của Google và các bộ công cụ phát triển lượng tử khác. Thông qua sự hợp tác này, hệ thống 11 qubit của IonQ đã có sẵn cho tất cả khách hàng của Google Cloud, trong khi hệ thống 32 qubit thế hệ tiếp theo của IonQ sẽ ra mắt trong tương lai gần.
Theo: Eetimes.
