Tại sao máy tính lượng tử lại có vấn đề về trí nhớ theo thời gian?
Một nhóm nghiên cứu Australia và quốc tế, lần đầu tiên, đã tạo dựng được một bức tranh đầy đủ về cách các nhiễu xuất hiện theo thời gian ở máy tính lượng tử - một đột phá có thể giúp cho việc tạo ra những cỗ máy lượng tử trong tương lai gần với hiện thực hơn.
Các nhà nghiên cứu, do TS. Christina Giarmatzi, ĐH Macquarie dẫn dắt, đã phát hiện ra cá nhiễu nhỏ đe họa máy tính lượng tử không chỉ xuất hiện một cách ngẫu nhiên. Thậm chí, chúng có thể kéo dài, tiến hóa và liên quan đến những khoảnh khắc khác nhau.
Nhóm nghiên cứu đã thu được dữ liệu thực nghiệm này và sẵn sàng mở nó. Kết quả chi tiết được xuất bản trên tạp chí Quantum.
“Chúng ta có thể coi nó như các máy tính lượng tử lưu bộ nhớ về các nhiễu của nó, có thể là máy tính cổ điển hay lượng tử phụ thuộc vào cách liên quan đến các lỗi đó”, TS. Giarmatzi nói.
“Có nhiều bộ giao thức lượng tử giả định máy tính lượng tử không có trí nhớ nhưng thực tế đơn giản không phải thế”.
Dạng hành xử này là một trong những rào cản với việc xây dựng các máy tính lượng tử thực tế quy mô lớn.
Đạt được đột phá như thế nào?
“Chúng tôi đã có thể tái cấu trúc toàn bộ sự tiến hóa của một bộ xử lý lượng tử khắp các điểm đúng lúc – điều chưa từng làm được trước đây”, TS. Giarmatzi nói. “Nó giúp chúng tôi không chỉ thấy khi xảy ra lỗi mà còn cách lỗi tiến triển theo thời gian”.
Đột phá mở ra cánh cửa dẫn đến khả năng mô hình hóa, dự đoán và sửa lỗi trong các thiết bị lượng tử theo cách tiên tiến hơn, không chỉ trong các con chip siêu dẫn mà còn trong các hệ như bẫy các ion và bit lượng tử spin.
“Chúng tôi đã mở ra cánh cửa mới vào các hệ lượng tử hành xử theo thời gian, khi các lỗi của chúng có tương quan với các hành xử đó”, TS. Giarmatzi nói. “Đây là điều thiết yếu nếu chúng ta muốn các máy tính lượng tử trở nên hữu dụng thực sự và không mắc lỗi”.
Để đạt được điều này, nhóm nghiên cứu đã chạy một loạt các thực nghiệm trên các bộ xử lý lượng tử siêu dẫn tiên tiến – một số ở lab ĐH Queensland và một số khác là truy cập vào điện toán đám mây của máy tính lượng tử IBM.
Những nỗ lực lập bản đồ hành xử của các hệ lượng tử theo thời gian trước đây đều gặp đúng một rào cản: sau khi đo đạc một hệ lượng tử ở giữa chừng một thí nghiệm, các nhà khoa học đều không thể tiếp tục thiết lập được cho bước tiếp theo bởi vì việc thiết lập phụ thuộc vào việc kết quả đo được là 0 hay 1.
Phương pháp mới đã giải quyết được điều này bằng việc bổ sung một thủ thuật thông mình, khi giả định 50% thời gian đem lại kết quả là 1, và thời gian còn lại cho kết quả là 0. Sau đó, họ sử dụng phần mềm để xử lý dữ liệu ngược lại, qua đó xác định được trạng thái lượng tử là gì.
“Phần cứng có thể làm được điều đó”, đồng tác giả là TS. Fabio Costa của Nordita ở Stockholm nói. “Những gì chúng tôi xác nhận được ra cách chuẩn bị cho hệ này sau khi triển khai một phép đo giữa mạch”.
Những gợi ý cho tính toán lượng tử tương lai
Những gì họ phát hiện ra là ngay cả những cỗ máy lượng tử tốt nhất hiện nay cũng có những mẫu nhiễu liên quan đến thời gian – bao gồm lỗi thuộc về bản chất lượng tử và lỗi từ các bit lượng tử trên cùng con chip.
Việc hiểu về các mẫu hình đó sẽ giúp các nhà khoa học lượng tử thiết kế các đặc tính tốt hơn và các công cụ sửa lỗi tốt hơn, một bước thiết yếu hướng tới việc xây dựng những máy tính lượng tử tin cậy, kháng lỗi.
“Thật đáng mừng khi các mô hình lý thuyết có thể trên thực tế đem lại phần cứng và đặc biệt khi có thể giúp phát triển được phần cứng”, Tyler Jones, người tham gia dự án khi làm nghiên cứu sinh tại ĐH Queensland. “Đặc tính mạnh mẽ của tương quan thời gian trên các hệ lượng tử là điều rất cần thiết cho chúng ta trên con đường xây dựng các thiết bị lượng tử thực sự”.
Thanh Hương dịch từ ĐH Macquarie
