Hệ thống máy tính mới này sẽ là một phần trong Trung tâm Điện toán Lượng tử mới của IBM ở New York (Mỹ). Trung tâm mới này là một trung tâm dữ liệu dành cho các máy tính lượng tử của IBM và nó sẽ được trang bị 5 máy tính lượng tử 20-qubit. Con số này sẽ tăng lên 14 máy tính lượng tử trong tháng tới. IBM hứa hẹn dành ra 95% dịch vụ hiện có của mình cho các máy tính lượng tử này.

IBM nhấn mạnh máy tính lượng tử 53-qubit này sẽ mang đến một số kỹ thuật mới nhằm cho phép công ty triển khai các hệ thống ổn định hơn, lớn hơn cho điện toán đám mây. Nó được trang bị nhiều thiết bị điện tử tùy chỉnh gọn gàng hơn nhằm cải thiện khả năng mở rộng và giảm tỷ lệ lỗi, cũng như bộ xử lý với thiết kế mới.

Dario gil, giám đốc IBM Research cho biết: “Chúng tôi lần đầu đưa máy tính lượng tử lên đám mây vào năm 2016, với mục tiêu dịch chuyển điện toán lượng tử ra ngoài các phòng thí nghiệm biệt lập mà chỉ có một số ít các tổ chức mới có thể có được, và đặt vào tay hàng chục nghìn người dùng khác. Mục tiêu duy nhất của chúng tôi là tạo nên các hệ thống máy tính lượng tử đầy sức mạnh để có thể giải quyết các vấn đề khách hàng chúng tôi đang phải đối mặt, điều không thể thực hiện được khi sử dụng các giải pháp cổ điển ngày nay”.

Hiện tại chương trình lượng tử của công ty đang hỗ trợ hơn 80 đối tác là các khách hàng thương mại, các viện nghiên cứu và các phòng thí nghiệm nghiên cứu. Một vài trong số họ đã bắt đầu sử dụng các máy tính hiện có để giải quyết những vấn đề gặp phải, cho dù kỹ thuật hiện tại của điện toán lượng tử mới chỉ sẵn sàng cho các mục đích thử nghiệm và kiểm tra các thuật toán cơ bản.

Phòng thí nghiệm của gã khổng lồ Google tại Thung lũng Silicon, Santa Barbara, California hôm 23/10 vừa qua đã cho công chúng được một dịp ngỡ ngàng khi giới thiệu siêu máy tính mạnh mẽ nhất thế giới tính đến thời điểm hiện tại.

Công trình này đánh bại mọi kỷ lục trước đây và khiến lĩnh vực máy tính lượng tử tiến lên một bước mới. Với cỗ máy này, Google cho biết có thể xử lý những phép tính siêu phức tạp mà máy tính thông thường không thể làm được, đó là chưa nói đến thời gian xử lý là nhanh không tưởng.

Siêu máy tính lượng tử mới của Google có thể giải bài toán mất 10.000 năm để xử lý chỉ trong 200 giây. Ảnh: Google.

Theo bài nghiên cứu công bố trên Tạp chí Nature, máy tính lượng tử mới của Google có thể giải quyết bài toán mà một máy tính bình thường phải mất đến 10.000 năm mới thực hiện được chỉ trong 3 phút 20 giây. Hãng công nghệ cũng ví sáng chế này như máy bay của anh em nhà Wright vì trước đây có rất nhiều người thử nghiệm phát triển nhưng chưa có được thành công.

Điểm khác biệt lớn nhất tạo nên sự vượt trội này, theo Google giải thích đó chính là máy tính bình thường lưu trữ dữ liệu ở dạng nhị phân gồm 1 hoặc 0, trong khi máy tính lượng tử chứa dữ liệu ở dạng các bit lượng tử hay qubit khiến chúng cùng lúc giải quyết được nhiều thông tin hơn, dẫn đến việc hoàn thành nhiệm vụ nhanh hơn đáng kể.

Cận cảnh mô hình mô phỏng một lõi máy tạo nên máy tính lượng tử của Google, đó là một cỗ máy với cách hoạt động hoàn toàn khác. Ảnh: Google.

2 qubit có thể chứa 4 giá trị cùng một lúc và nó có thể kết hợp cả hai giá trị 0 và 1 truyền thống. Khi số lượng qubit tăng lên thì số lượng giá trị cũng được tăng lên theo cấp số nhân. Công nghệ này đã được giới khoa học ấp ủ và phác thảo từ những năm 1980 nhưng lúc đó mọi thứ còn rất mơ hồ và mãi đến nay mới được hiện thực hóa.

Khoảng 20 năm trước, các nhà khoa học Nhật Bản đã có những bước đi đầu tiên trong việc chế tạo ra cỗ máy như vậy. Họ đã tìm ra kim loại có khả năng chịu lạnh ở mức nhiệt độ thấp nhất có thể và đây là việc đầu tiên và bắt buộc phải có để tạo ra một máy tính lượng tử.

“Cũng như máy bay của anh em nhà Wright, nó không thật sự trở thành một chiếc máy bay chuyên dụng như ngày nay nhưng nó chứng minh được điều đó là có khả thi. Siêu máy tính của Google còn phải mất rất nhiều thời gian trước khi được đưa ra khỏi phòng thí nghiệm và ứng dụng vào thực tế, nhưng rõ ràng việc đầu tư hàng triệu USD để tạo ra máy tính lượng tử đã sinh ra kết quả”, Scott Aaronson, nhà khoa học máy tính tại Đại học Texas, cho biết.

Sundar Pichai (trái) và một nhà nghiên cứu thuộc đội Google đang kiểm tra một máy tính lượng tử. Ảnh: Google.

Lấy một ví dụ dễ nhìn thấy để so sánh hiệu năng xử lý vấn đề của máy tính lượng tử và máy tính truyền thống, công ty này cho biết hãy thử xác định một số có thể chia hết cho bất kỳ số nguyên tố nào. Cách duy nhất để biết được điều này đó chính là thử lần lượt hết các con số cho đến khi tìm được kết quả và tập hợp chúng.

Máy tính truyền thống sẽ đi từng con số để tìm ra kết quả, trong khi máy tính lượng tử có thể chọn nhiều số và thử hết chúng trong một lần, giúp tăng cao xác suất tìm ra kết quả đúng và bác bỏ kết quả sai, dẫn đến kết quả cuối cùng sẽ có nhanh hơn.

Tại sao máy tính truyền thống không thể làm được điều như máy tính lượng tử đang làm? Đó là bởi vì khi hoạt động trong môi trường bình thường sẽ không đủ khả năng thực hiện điều đó. Siêu máy tính của Google được vận hành ở cấp độ hạ nguyên tử trong điều kiện siêu lạnh, nhiệt độ có thể đạt đến –273 độ C.

CEO Google Sundar Pichai bên cạnh chiếc máy tính lượng tử của hãng. Ảnh: Google.

Ứng dụng vào thực tế, công nghệ này sẽ giúp chế tạo ra nhiều sáng chế mà con người gặp rất nhiều khó khăn để thực hiện trước đây, chẳng hạn pin siêu nhẹ cho xe bay, tàu điện,… cũng như phát triển nhiều loại vật liệu mới, phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp tối tân trong tương lai.

Ngoài Google, những ông lớn trong làng công nghệ như Microsoft, Intel hay IBM cũng đang chạy đua để đạt được một bước tiến đáng kể trong ngành máy tính lượng tử. Theo nhiều nguồn tin, các doanh nghiệp đã đầu tư ít nhất 450 triệu USD vào lĩnh vực này.

Hãng đối thủ của Google trong lĩnh vực máy tính lượng tử là IBM vừa lên tiếng phản bác, cho rằng Google đang “làm quá” khi cho rằng bài toán họ đưa ra phải mất đến 10.000 năm mới giải quyết được. IBM cho biết một máy tính bình thường có thể thực hiện được trong 2,5 ngày.

Máy tính lượng tử hoạt động trong một môi trường đặc biệt, không tồn tại trong điều kiện tự nhiên mà chỉ được tạo ra trong phòng thí nghiệm. Ảnh: Google.

Ngoài những lĩnh vực dân dụng thường ngày, siêu máy tính lượng tử có thể được áp dụng để nâng cao bộ não của trí tuệ nhân tạo, giúp ích rất nhiều trong những lĩnh vực quan trọng của một quốc gia như chính trị hay an ninh quốc phòng. Do đó nhiều chính phủ đang dốc tiền của để phát triển chương trình này.

Ở bên kia bán cầu, Trung Quốc cũng chi ít nhất 400 triệu USD để phát triển công nghệ máy tính lượng tử cho riêng mình và đăng ký gấp đôi số bằng sáng chế của ngành này so với Mỹ trong vài năm trở lại đây. Chính phủ của Tổng thống Trump cũng hứa hẹn sẽ trích 1,2 tỷ USD ngân sách để phát triển công nghệ này trong tương lai gần.

Những tiến bộ ở Google, Intel và một số các công ty tìm kiếm đã chỉ ra rằng các máy tính có sức mạnh không thể tưởng tượng trước đây cuối cùng cũng đạt được.

Một trong những phòng thí nghiệm tại QuTech, một viện nghiên cứu của Hà Lan chịu trách nhiệm thực hiện một số công trình tiên tiến nhất trên thế giới về điện toán lượng tử, nhưng nó trông giống như một cơ sở thử nghiệm hệ thống HVAC. Ẩn mình trong một góc yên tĩnh của tòa nhà ứng dụng khoa học tại Đại học Công nghệ Delft, không gian nơi đây hoàn toàn vắng bóng người. Âm thanh vù vù tạo ra từ các sóng cộng hưởng như thể được bao vây bởi một bầy châu chấu điện, nó chằng chịt với những mớ ống cách điện, dây điện, và phần cứng điều khiển nhô lên từ các khối trụ tròn lớn màu xanh đặt trên ba và bốn chân.

Bên trong các khối trụ tròn màu xanh – chính là các tủ lạnh siêu tăng áp – những thứ cơ học lượng tử ma quái đang xảy ra ở nơi các dây nano, chất bán dẫn và chất siêu dẫn gặp nhau ở điểm chỉ một ly trên độ không tuyệt đối. Tại đây, dưới các giới hạn vật lý, các vật liệu rắn tạo ra cái gọi là các lượng tử năng lượng mà hành vi bất thường của chúng mang lại cho chúng tiềm năng sẽ được sử dụng như các thành phần chính của các máy tính lượng tử. Và phòng thí nghiệm này nói riêng đã thực hiện những bước tiến lớn để cuối cùng biến những máy tính đó trở thành hiện thực. Trong một vài năm, chúng đã có thể ghi lại sự mã hóa, ngành khoa học vật liệu, nghiên cứu dược phẩm và trí tuệ nhân tạoTrí tuệ nhân tạo hay trí thông minh nhân tạo là trí tuệ được biểu diễn bởi bất cứ một hệ thống nhân tạo nào. Thuật ngữ này thường dùng để nói đến các máy tính có mục đích không nhất định và ngành khoa học nghiên cứu về các lý thuyết và ứng dụng của trí tuệ nhân tạo..

Hàng năm, điện toán lượng tử xuất hiện như một ứng cử viên cho danh sách các Công nghệ đột phá này và hàng năm chúng tôi đều có kết luận tương tự là Điện toán điện tử vẫn chưa xứng đáng góp mặt vào Danh sách các công nghệ đột phá của năm. Thật vậy, trong nhiều năm, các qubit (bit lượng tử) và các máy tính lượng tử tồn tại chủ yếu trên giấy tờ, hoặc trong các thí nghiệm mỏng manh để xác định tính khả thi của chúng (Công ty D-Wave Systems của Canada hiện đã bán các loại máy mà họ gọi là các máy tính lượng tử được một thời gian, sử dụng một công nghệ đặc biệt gọi là ủ lượng tử. Cách tiếp cận này, theo những người còn hoài nghi, có thể áp dụng tốt nhất cho một bộ tính toán còn bị rất hạn chế và có thể không có lợi thế về tốc độ so với các hệ thống cổ điển). Tuy nhiên, năm nay, một loạt các thiết kế lý thuyết trước đây đang thực sự được phát triển. Điều mới mẻ trong năm nay là mức tài trợ doanh nghiệp tăng lên – từ Google, IBM, Intel, và Microsoft, và một số các doanh nghiệp khác, cho cả việc nghiên cứu và phát triển các loại công nghệ cần thiết để xây dựng một máy làm việc: các mạch vi điện tử, mạch phức tạp và phần mềm điều khiển.

Dự án tại Delft đứng đầu bởi Leo Kouwenhoven, một giáo sư được Microsoft thuê gần đây, được thực hiện nhằm khắc phục một trong những trở ngại lâu đời nhất đối với việc phát triển các máy tính lượng tử: thực tế rằng các qubit, đơn vị cơ bản của thông tin lượng tử, là cực kỳ nhạy cảm đối với tiếng ồn và do đó gây lỗi. Để các qubit trở nên hữu ích, chúng phải thoả mãn được cả sự chồng chất lượng tử (một đặc tính giống như tồn tại hai trạng thái vật lý đồng thời) và sự vướng víu lượng tử (một hiện tượng mà các cặp qubit được liên kết sao cho những gì xảy ra với qubit kia có thể ảnh hưởng ngay đến qubit còn lại, ngay cả khi chúng bị tách rời về mặt vật lý). Những điều kiện nhạy cảm này dễ bị tác động bởi nhiễu dù nhỏ nhất, như các rung động hoặc điện trường dao động.

Tủ lạnh màu xanh này hạ nhiệt độ xuống mức chỉ trên độ không tuyệt đối, làm cho các thí nghiệm lượng tử có thể thực hiện trên những con chip bé xíu chứa bên trong nó. Trong các bức ảnh tiếp theo là các cảnh từ phòng thí nghiệm Delft, nơi các thí nghiệm được thực hiện.

Nguồn: MIT Technology Review

Con người từ lâu đã vật lộn với vấn đề này trong nỗ lực phát triển các máy tính lượng tử, vốn có thể giúp giải quyết các vấn đề phức tạp đến mức chúng vượt quá khả năng của các máy tính tốt nhất hiện nay. Nhưng bây giờ Kouwenhoven và các đồng nghiệp của ông tin rằng các qubit mà họ đang tạo ra có thể vốn dĩ đã được bảo vệ – ổn định như các nút thắt trong sợi dây thừng. Kouwenhoven nói rằng “bất chấp việc biến dạng hoặc việc kéo giãn sợi dây, các nút thắt vẫn tồn tại” và “bạn không thể thay đổi thông tin”. Tính chất ổn định như vậy sẽ cho phép các nhà nghiên cứu thiết kế quy mô lớn các máy tính lượng tử bằng cách giảm đáng kể công suất tính toán cần thiết cho việc sửa lỗi.

Công trình của Kouwenhoven dựa vào việc vận dụng các lượng tử năng lượng độc đáo mà thậm chí không được phát hiện cho đến năm 2012. Và nó chỉ là một trong những bước đi ấn tượng đang được tiến hành. Cũng tại phòng thí nghiệm này, Lieven Vandersypen, được Intel hỗ trợ, đang chỉ ra cách thức các mạch lượng tử có thể được sản xuất trên các bánh bán dẫn silic truyền thống.

Máy tính lượng tử là gì?

Tại trung tâm của điện toán lượng tử là bit lượng tử, hay qubit, một đơn vị cơ bản của thông tin tương tự như các số 0 và 1 được biểu thị bằng các bóng bán dẫn trong máy tính của bạn. Các qubit có nhiều quyền lực hơn so với các bit cổ điển vì hai đặc tính duy nhất: chúng có thể biểu thị đồng thời cả số 1 và 0; và chúng có thể ảnh hưởng đến các qubit khác thông qua một hiện tượng được gọi là sự vướng víu lượng tử. Điều đó cho phép các máy tính lượng tử nhanh chóng có các câu trả lời đúng trong một số loại phép tính nhất định.

Các máy tính lượng tử sẽ đặc biệt phù hợp với việc phân tích thành thừa số các số lớn (giúp dễ dàng giải mã nhiều kỹ thuật mã hóa ngày nay và có thể cung cấp các thay thế không thể bẻ khóa được), giải quyết các vấn đề tối ưu hóa phức tạp và thực hiện các thuật toán học máy. Và sẽ còn có những ứng dụng mà con người hiện vẫn chưa thể hình dung ra.

Tuy nhiên, chẳng mấy chốc, chúng ta có thể có ý tưởng tốt hơn về những gì chúng có thể làm. Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã phát triển được các máy tính 5 qubit hoàn toàn có thể lập trình và các hệ thống thử nghiệm khoảng 10-20 qubit mỏng manh hơn. Không có loại máy nào có khả năng nhiều như thế. Tuy nhiên, người chịu trách nhiệm đứng đầu lĩnh vực phát triển điện toán lượng tử của Google, ông Harmut Neven, cho biết nhóm của ông đang có mục tiêu xây dựng hệ thống 49 qubit trong vòng một năm kể từ thời điểm bây giờ. Mục tiêu về một hệ thống khoảng 50 qubit không phải là mục tiêu tùy ý. Đó là ngưỡng, được gọi là ngôi vương lượng tử, mà qua ngưỡng này, không có siêu máy tính cổ điển nào có khả năng xử lý tăng trưởng luỹ tiến bộ nhớ và băng thông liên lạc cần thiết để mô phỏng đối tác lượng tử của nó. Nói cách khác, các hệ thống siêu máy tính hàng đầu có thể làm tất cả những điều tương tự mà các máy tính lượng tử khoảng 5-20 qubit có thể thực hiện, nhưng ở mức khoảng 50 qubit thì điều này là không thể.

Tất cả các nhà nghiên cứu lượng tử doanh nghiệp và học thuật mà tôi đã nói chuyện đều đồng ý rằng ở ngưỡng khoảng từ 30 đến 100 qubit – đặc biệt các qubit đủ ổn định để thực hiện một loạt các tính toán với thời lượng dài hơn – là ngưỡng mà các máy tính lượng tử bắt đầu có giá trị thương mại. Và khoảng 2-5 năm sau kể từ thời điểm bây giờ, những hệ thống như vậy có thể sẽ được bán trên thị trường. Cuối cùng, hãy kỳ vọng về các hệ thống 100.000 qubit mà sẽ làm phá vỡ các ngành công nghiệp vật liệu, hóa học và dược phẩm bằng cách sử dụng các mô hình phân tử chính xác để tìm ra các vật liệu mới và dược phẩm mới. Và một hệ thống triệu-qubit-vật lý mà các ứng dụng điện toán nói chung của nó vẫn còn khó khăn để tìm hiểu? Hệ thống này có thể hiểu được, Neven nói, “trong vòng 10 năm”.

Thanh Huyền

Lược dịch theo MIT Technology Review

Tác giả Russ Juskalian: Nhà báo, phóng viên với nhiều năm kinh nghiệm làm việc tại MIT Technology Review.

Các nhà khoa học ở Viện Vật lý và Công nghệ Moscow (MIPT), Nga, đã phối hợp với một số đồng nghiệp ở Thụy Sĩ và Mỹ thực hiện “lùi” thời gian thành công nhờ các đặc tính kỳ lạ của thế giới cơ học lượng tử.

“Chúng tôi đã tạo ra trạng thái nhân tạo, có thể tiến hóa theo hướng ngược với mũi tên nhiệt động lực học của thời gian” – Tiến sĩ Gordey Lesovik ở Phòng Thí nghiệm Vật lý Thông tin Lượng tử tại MIPT cho biết.

Đơn vị thông tin cơ bản của máy tính lượng tử là qubit (bit lượng tử). Qubit được mô tả bởi trạng thái 1, 0 hoặc chồng chập hai trạng thái trên. Trong thí nghiệm, các nhà khoa học đã khởi động “chương trình tiến hóa” khiến cho các qubit trở thành hệ thống phức tạp hơn, dao động giữa các giá trị 0 và 1. Trong quá trình này, tính thứ tự không còn và một chương trình máy tính khác đã thay đổi trạng thái máy tính lượng tử, để tiến hóa “ngược thời gian”. Trạng thái các qubit bị “kéo lùi” về điểm khởi đầu.

Phần lớn các định luật Vật lý hoạt động theo hai chiều – về tương lai và về quá khứ. Nếu chiếu một đoạn phim về một quả cầu va chạm với một quả cầu khác, sau đó chiếu phim theo chiều ngược lại, chúng ta chứng kiến những quá trình có ý nghĩa vật lý. Tuy nhiên, vũ trụ có một quy luật mang tính bắt buộc – đó là định luật nhiệt động lực học thứ hai (nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học). Định luật này nói rằng vũ trụ tiến tới hỗn độn – từ “có trật tự” tiến tới “không có trật tự”. Chính vì vậy, không thể có chuyện lùi ngược quá trình một chiếc bình bị vỡ (từ trạng thái bị vỡ lùi về trạng thái lành lặn).

Trong khi đó, các nhà khoa học Nga dường như đã làm được chuyện này. Sử dụng 2 qubit, việc “quay ngược thời gian” đã được thực hiện với xác suất thành công là 85%. Trong trường hợp 3 qubit, xác suất thành công là 50%. Hiện giờ, các nhà khoa học đang cải tiến các thiết bị thí nghiệm và tìm cách giảm các sai số.

Sự phát triển không ngừng trong quan hệ đối tác với ngành và giới học thuật
Những thách thức trong việc phát triển các hệ thống tính toán lượng tử rất đa dạng và nan giải. Ví dụ: bản thân các qubit cực kỳ mỏng manh, bất kỳ sự xáo trộn nào (kể cả khi đo lường) cũng khiến chúng chuyển từ trạng thái lượng tử trở lại trạng thái cổ điển (nhị phân), dẫn đến mất dữ liệu. Tangle Lake cũng phải vận hành ở nhiệt độ cực lạnh, chỉ trong phạm vi từ 1 độ Kelvin đến 0 độ tuyệt đối.

Hơn nữa, còn có những vấn đề đáng kể về quy mô, khi mà việc triển khai trong thực tế ở quy mô thương mại có thể cần ít nhất một triệu qubit. Trong bối cảnh như vậy, bản thân kích thước tương đối lớn của các bộ xử lý lượng tử cũng đã là một hạn chế đáng kể. Ví dụ: Tangle Lake có kích thước khoảng ba inch vuông. Để giải quyết những thách thức này, Intel đang tích cực phát triển các kỹ thuật thiết kế, tạo mẫu, đóng gói và chế tạo để có thể tạo ra các bộ xử lý lượng tử phức tạp hơn.

Năm 2015, Intel bắt đầu hợp tác với QuTech, một tổ chức nghiên cứu tính toán lượng tử ở Hà Lan. Mối quan hệ hợp tác này bao gồm khoản đầu tư 50 triệu đô la Mỹ của Intel vào QuTech để liên tục cung cấp các nguồn lực kỹ thuật giúp thúc đẩy sự phát triển trong lĩnh vực này. QuTech là một trung tâm nghiên cứu và giáo dục tiên tiến về tính toán lượng tử, do Tổ chức nghiên cứu ứng dụng Hà Lan và Đại học Công nghệ Delft thành lập. Kết hợp với chuyên môn của Intel về chế tạo, công nghệ điều khiển điện tử và kiến trúc, đây là sự hợp tác hết sức phù hợp cho việc giải quyết những thách thức trong việc phát triển các hệ thống máy tính lượng tử đầu tiên sử dụng được trong thực tiễn.

Hiện tại, các con chip của Tangle Lake được sản xuất tại Oregon đang được chuyển đến QuTech ở Hà Lan để phân tích. QuTech đã phát triển các kỹ thuật hiệu quả để mô phỏng khối lượng công việc lượng tử dưới dạng một phương tiện để giải quyết các vấn đề như kết nối, kiểm soát và đo lường nhiều qubit ở trạng thái rối. Ngoài việc giúp thúc đẩy thiết kế máy tính lượng tử ở cấp hệ thống, những thông tin chuyên sâu có được thông qua nghiên cứu này góp phần tăng tốc chuyển tiếp từ thiết kế và chế tạo lên thử nghiệm các thế hệ tương lai của công nghệ.

Ngoài việc hợp tác với QuTech, các phòng thí nghiệm Intel® cũng đang làm việc với các thành viên khác trong hệ sinh thái cả về các thách thức cơ bản và cấp hệ thống ở toàn bộ hệ thống tính toán lượng tử. Nghiên cứu liên kết giữa QuTech, Đại học Toronto và Đại học Chicago và các nghiên cứu khác được xây dựng từ các thiết bị lượng tử để bao gồm các cơ chế như sửa lỗi, cơ chế kiểm soát dựa trên phần cứng và phần mềm, cũng như các phương pháp và công cụ để phát triển các ứng dụng lượng tử.

Không chỉ có khả năng siêu dẫn: Hứa hẹn của Qubit quay
Một cách tiếp cận để giải quyết một số thách thức vốn có đối với các bộ xử lý lượng tử như Tangle Lake dựa trên các qubit siêu dẫn là nghiên cứu các qubit quay do các Phòng thí nghiệm thuộc Intel® và QuTech thực hiện. Qubit quay hoạt động dựa trên chuyển động quay của một electron duy nhất trong silicon, được điều khiển bằng các xung vi sóng. So với các qubit siêu dẫn, qubit quay gần giống với các thành phần bán dẫn hiện có đang hoạt động trong silicon hơn nhiều, do đó có khả năng tận dụng các kỹ thuật chế tạo hiện có. Ngoài ra, lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn này có tiềm năng tạo lợi thế trong các lĩnh vực sau:

• Nhiệt độ hoạt động: Các qubit quay yêu cầu điều kiện hoạt động cực lạnh, nhưng ở mức độ thấp hơn các qubit siêu dẫn (khoảng một độ Kelvin so với 20 millikelvin); do khó khăn trong việc đạt được nhiệt độ thấp hơn làm tăng theo cấp số nhân khi gần đến mức 0 tuyệt đối, sự khác biệt này có khả năng làm giảm đáng kể độ phức tạp của hệ thống.

• Tính ổn định và thời lượng: Các qubit quay được kỳ vọng sẽ duy trì lâu hơn nhiều so với các qubit siêu dẫn, làm cho việc áp dụng qubit vào các thuật toán ở cấp độ bộ xử lý đơn giản hơn nhiều.

• Kích thước vật lý: Nhỏ hơn nhiều so với các qubit siêu dẫn, một tỷ qubit quay về mặt lý thuyết có thể chứa được trong một milimet vuông không gian. Kết hợp với sự tương đồng về cấu trúc của chúng với các bóng bán dẫn thông thường, tính chất này của qubit quay có thể đóng vai trò cốt yếu trong việc nâng cấp hệ thống máy tính lượng tử lên đến hàng triệu qubit (vốn được ước tính là số lượng cần thiết trong các hệ thống sản xuất).

Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã phát triển một quy trình chế tạo qubit quay bằng công nghệ xử lý 300 mm của Intel, cho phép sản xuất các chuỗi qubit quay nhỏ trong silicon. Trên thực tế, QuTech đã bắt đầu thử nghiệm các hệ thống máy tính lượng tử dựa trên qubit quay quy mô nhỏ. Là một nền tảng phần mềm được chia sẻ công khai, QuTech cũng đã phát triển Hộp công cụ công nghệ lượng tử – một gói Python để thực hiện các phép đo và hiệu chuẩn qubit quay.