Spin Qubit: "Anh Em" Của Transistor Truyền Thống
Trong khi nhiều đối thủ tập trung vào các qubit siêu dẫn có kích thước lớn, Intel lại đặt cược vào spin qubit (qubit spin). Đây là những qubit được tạo ra từ spin (một thuộc tính lượng tử) của một electron đơn lẻ, bị "nhốt" bên trong một cấu trúc gần giống hệt một bóng bán dẫn (transistor) truyền thống.
Lợi thế của cách tiếp cận này là rất lớn:
Kích thước siêu nhỏ: Qubit spin có thể có kích thước tương đương với các bóng bán dẫn CMOS trong chip máy tính của bạn.
Mật độ cực cao: Về mặt lý thuyết, điều này cho phép tạo ra các con chip lượng tử với mật độ qubit tương đương chip truyền thống, mở ra khả năng tích hợp hàng triệu, thậm chí hàng tỷ qubit trên một đế silicon duy nhất.
Tận dụng nền tảng hiện có: Intel có thể tận dụng hàng thập kỷ kinh nghiệm và cơ sở hạ tầng sản xuất chip silicon của mình để chế tạo các qubit này.
Những Đột Phá Then Chốt
Để biến tầm nhìn này thành hiện thực, Intel đã đạt được những bước tiến quan trọng. Trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature vào tháng 4 năm 2020 (hợp tác với Qutech), họ đã chứng minh được hai khả năng đột phá:
Vận hành qubit "nóng": Lần đầu tiên, họ đã điều khiển thành công các qubit spin ở nhiệt độ trên 1 độ Kelvin. Mặc dù vẫn còn cực lạnh, nhưng đây là một bước tiến khổng lồ so với nhiệt độ mili-Kelvin (gần độ không tuyệt đối) mà hầu hết các hệ thống lượng tử khác yêu cầu. "Nóng hơn" đồng nghĩa với việc hệ thống làm lạnh sẽ đơn giản hơn, rẻ hơn và dễ dàng tích hợp các thiết bị điện tử điều khiển hơn.
Độ trung thực cao: Nghiên cứu cũng cho thấy khả năng điều khiển hai qubit với độ trung thực lên tới 99,3%. Đây là một ngưỡng quan trọng để có thể thực hiện các phép tính lượng tử hữu ích và sửa lỗi.
Tăng Tốc Thử Nghiệm Gấp 10.000 Lần
Một trong những rào cản lớn nhất trong nghiên cứu lượng tử là thời gian thử nghiệm. Trước đây, để kiểm tra một tấm wafer chứa qubit, các nhà khoa học phải mất nhiều ngày để làm lạnh hệ thống xuống nhiệt độ mili-Kelvin, nhiều tuần để chạy thử nghiệm, và sau đó lại mất nhiều ngày để làm ấm nó lên.
Để giải quyết vấn đề này, Intel đã phát triển một máy thăm dò đông lạnh (cryogenic prober). Theo Jim Clarke, Giám đốc Phần cứng Lượng tử của Intel, thiết bị này đã thay đổi hoàn toàn cuộc chơi. Giờ đây, họ có thể đặt một tấm wafer 300mm vào máy và nhận lại kết quả chỉ sau vài giờ.
So với quy trình kéo dài hàng tuần của hệ thống cũ, phương pháp mới này nhanh hơn gấp 100 lần và có tiềm năng nhanh hơn tới 10.000 lần. Việc tăng tốc chu trình học hỏi này cho phép Intel thu thập một lượng dữ liệu khổng lồ và cải tiến thiết kế qubit của họ với một tốc độ chưa từng có.
Kết Luận: Chiến lược của Intel rất rõ ràng: thay vì xây dựng những cỗ máy lượng tử nhỏ, phức tạp và đắt tiền, họ đang sử dụng thế mạnh về sản xuất silicon của mình để xây dựng nền móng cho một tương lai nơi các bộ xử lý lượng tử có thể chứa hàng tỷ qubit. Với những đột phá trong việc vận hành qubit "nóng" và tăng tốc quy trình thử nghiệm, Intel đang gửi đi một thông điệp mạnh mẽ rằng họ là một đối thủ đáng gờm trong cuộc đua hướng tới kỷ nguyên điện toán lượng tử.
Thế Anh.
