Hai lần đo: Bản tái tạo bằng AI này được lấy cảm hứng từ một bức ảnh mà TS Christina Giarmatzi chụp trong phòng thí nghiệm, khi các nhà khoa học đo một hệ lượng tử giữa chừng thí nghiệm.
Các nhà nghiên cứu, do TS. Christina Giarmatzi (ĐH Macquarie) dẫn dắt, đã phát hiện rằng các nhiễu nhỏ đe dọa máy tính lượng tử không chỉ xuất hiện ngẫu nhiên. Thậm chí, chúng có thể kéo dài, tiến hóa theo thời gian và liên hệ với những thời điểm đo khác nhau trong quá trình vận hành.
Nhóm nghiên cứu đã thu được dữ liệu thực nghiệm và sẵn sàng công bố mở. Kết quả chi tiết được xuất bản trên tạp chí Quantum.
"Chúng ta có thể coi hiện tượng này như việc máy tính lượng tử ‘ghi nhớ’ các nhiễu đã xảy ra trước đó", TS. Giarmatzi nói.
"Có nhiều bộ giao thức lượng tử giả định máy tính lượng tử không có trí nhớ về các lỗi, 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
"Chúng tôi đã có thể tái cấu trúc toàn bộ quá trình tiến hóa của một bộ xử lý lượng tử theo thời gian – điều chưa từng làm được trước đây", TS. Giarmatzi nói. Phương pháp này không chỉ cho thấy khi nào lỗi xuất hiện, mà còn cách chúng tích lũy và biến đổi 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 minh, 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.
Thực nghiệm về trí nhớ lượng tử: thể hiện cách các nhiễu trong máy tính lượng tử có thể tồn tại dai dẳng theo thời gian. Credit: Christina Giarmatzi
Những gợi ý cho tính toán lượng tử tương lai
Kết quả cho thấy, 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 rõ các mẫu nhiễu này sẽ giúp các nhà khoa học thiết kế các công cụ sửa lỗi hiệu quả hơn – một bước then chốt để tiến tới máy tính lượng tử kháng lỗi và đáng tin cậy.
"Thật đáng mừng khi các mô hình lý thuyết có thể đóng góp trực tiếp vào việc cải thiện, phát triển được phần cứng", Tyler Jones, người tham gia dự án khi làm nghiên cứu sinh tại ĐH Queensland. "Tương quan thời gian trong các hệ lượng tử là yếu tố then chốt trên con đường xây dựng các thiết bị lượng tử thực sự."
Thanh Hương dịch
Nguồn: Australian-led team reveals hidden "time-linked" glitches inside quantum computers, Macquarie University