Máy tính lượng tử kim cương đầu tiên vượt mốc 100 qubit ra mắt tại Đức

Máy tính lượng tử hơn 100 qubit. Ảnh: Saxon Q

SAXON Q vừa công bố thương mại hóa máy tính lượng tử kim cương mang tên SXQ128 và SXQ512 vào ngày 21/7, mở ra quy mô tính toán lần lượt 128 và 512 qubit. Công ty cho biết đây là hai hệ thống lượng tử dùng tâm khuyết nitơ trong kim cương đầu tiên vượt qua mốc 10 qubit, giới hạn từng kìm hãm dòng công nghệ này suốt nhiều năm. SAXON Q hướng hai sản phẩm tới các bài toán đòi hỏi năng lực tính toán lớn, gồm mạng nơ-ron tích chập lượng tử, nghiên cứu vật liệu phức tạp, thuật toán biến phân và mô phỏng hóa học lượng tử.

Vận hành ở nhiệt độ phòng, tỷ lệ tạo qubit thành công vượt 85%

Phần lớn máy tính lượng tử hiện nay phụ thuộc vào buồng làm lạnh sâu cồng kềnh để duy trì trạng thái lượng tử. SAXON Q chọn hướng đi khác khi khai thác những khiếm khuyết ở cấp độ nguyên tử bên trong kim cương tổng hợp, gọi là tâm khuyết nitơ hay tâm NV, để hệ thống hoạt động ngay ở nhiệt độ phòng. Cấu trúc tí hon này cho phép máy điều khiển spin của electron và hạt nhân nguyên tử mà không cần heli lỏng hay môi trường chân không cao.

Việc chế tạo bộ xử lý kim cương vốn gặp khó khăn lớn về hiệu suất, khi tỷ lệ chuyển đổi qubit thành công của toàn ngành, theo SAXON Q, thường chỉ dao động quanh ngưỡng 1% đến 10%. Công ty khắc phục hạn chế này bằng quy trình đồng cấy lưu huỳnh, công nghệ mà hãng đã đăng ký bằng sáng chế, giúp tỷ lệ tạo qubit thành công vượt ngưỡng 85% và mở đường cho sản xuất hàng loạt với mật độ cao, kết quả có thể dự đoán trước. Hệ thống còn đạt độ trung thực 99,92%, tương đương trung bình chưa tới một lỗi trên mỗi 1.000 phép toán, đủ để trạng thái lượng tử duy trì ổn định trong các tác vụ thực tế phức tạp mà không bị suy giảm.

Ông Marius Grundmann, đồng sáng lập kiêm giám đốc điều hành SAXON Q, cho biết suốt ba mươi năm qua, bài toán lớn nhất của công nghệ lượng tử tâm khuyết nitơ nằm ở khâu chế tạo, cụ thể là liệu công ty có thể đặt các qubit với độ chính xác và tỷ lệ thành công đủ cao để tạo ra một hệ thống hoạt động được bên ngoài phòng thí nghiệm hay không. Ông nhấn mạnh SAXON Q đã giải quyết được bài toán then chốt này, đồng thời cho rằng SXQ128 và SXQ512 là những máy tính lượng tử vận hành đúng như một chiếc máy tính cần phải vận hành, ổn định, liên tục và không đòi hỏi một đội ngũ chuyên gia túc trực để duy trì hệ thống.

Đặt vừa tủ rack chuẩn, tiết kiệm năng lượng gấp nhiều lần cụm GPU

SAXON Q nhấn mạnh tính thực dụng của hai hệ thống mới khi chúng đặt vừa trong tủ rack máy chủ tiêu chuẩn, dùng nguồn điện thông thường mà không cần bất kỳ hệ thống kiểm soát môi trường đặc biệt nào. Hãng cho biết công nghệ này đạt hiệu suất năng lượng cao hơn 6 đến 10 lần so với các cụm GPU chạy cùng khối lượng công việc.

Về kiến trúc, hệ điều hành đa nhân của SAXON Q giúp mỗi nhân xử lý của SXQ128 liên kết trọn vẹn 8 qubit qua hiện tượng rối lượng tử, tức các qubit này gắn kết trạng thái với nhau dù không tiếp xúc trực tiếp. Ở SXQ512, con số này tăng lên 16 qubit liên kết trên mỗi nhân. Thiết kế mang tính mô-đun cho phép doanh nghiệp bắt đầu với cấu hình nhỏ rồi mở rộng năng lực tính toán khi nhu cầu tăng lên. SXQ128 phù hợp với các tác vụ gần hạn như thuật toán biến phân và mô phỏng hóa học lượng tử, còn SXQ512 bổ sung thêm mô-đun cùng năng lực xử lý trên mỗi nhân cao hơn, nhờ đó đảm nhận được phạm vi nghiên cứu chuyên sâu và khối lượng công việc công nghiệp nặng hơn.

Đã lắp đặt tại DLR và Fraunhofer, hướng tới kiến trúc 10.000 qubit

Trước khi ra mắt phiên bản thương mại, SAXON Q đã lắp đặt các thế hệ phần cứng đời đầu tại Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR) và Viện Fraunhofer IWU. Ông Albrecht Hänel, Trưởng bộ phận Digital Production Twin tại Fraunhofer IWU, cho biết viện bắt đầu sử dụng một hệ thống máy tính lượng tử di động của SAXON Q từ tháng 6/2025 để tối ưu hóa quy trình công nghiệp trong lĩnh vực xử lý vật liệu và robot học. Ông nói thêm hệ thống này vận hành liên tục ở nhiệt độ phòng kể từ khi lắp đặt và vượt qua các tiêu chuẩn độ trung thực cổng logic mà viện từng đặt ra trong hồ sơ đấu thầu.

SAXON Q hiện nắm giữ hơn 220 bằng sáng chế đã cấp và đang chờ xét duyệt cho công nghệ này, đặt nền cho lộ trình hướng tới kiến trúc 10.000 qubit và các bộ đồng xử lý lượng tử cấp độ chip trong tương lai. Công ty đã mở bán đơn hàng cho cả hai mẫu máy, khách đặt SXQ128 có thể nhận hàng trong vòng ba tháng, còn SXQ512 dự kiến giao hàng từ quý II năm 2027.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng