Siêu máy tính lấy lượng tử làm trung tâm là một kỷ nguyên hoàn toàn mới, và cho đến nay, chưa được thực hiện, của điện toán hiệu năng cao.
Một hệ thống 100,000 qubit sẽ đóng vai trò là nền tảng để giải quyết một số vấn đề cấp bách nhất của thế giới mà ngay cả những siêu máy tính tiên tiến nhất hiện nay cũng không bao giờ có thể giải quyết được.
Ví dụ, một hệ thống lượng tử mạnh mẽ như vậy có thể mở ra những hiểu biết hoàn toàn mới về các phản ứng hóa học và động lực học của các quá trình phân tử.
Đổi lại, điều này có thể cho phép các nhà nghiên cứu giúp nghiên cứu biến đổi khí hậu thông qua mô hình hóa các phương pháp tốt hơn để thu giữ carbon; khám phá vật liệu để chế tạo pin cho xe điện và lưới năng lượng hướng tới mục tiêu sạch hơn và bền vững hơn; và khám phá các loại phân bón hiệu quả và tiết kiệm năng lượng hơn.
Để mở ra mô hình mới mạnh mẽ này, một sự hợp tác toàn cầu và kích hoạt tài năng và nguồn lực trong các ngành và tổ chức nghiên cứu đang được khởi xướng. Bằng cách hợp tác với Đại học Chicago, Các Đại học Tokyovà hệ sinh thái toàn cầu rộng lớn hơn của IBM, IBM sẽ làm việc trong thập kỷ tới để cải tiến các công nghệ cơ bản cho hệ thống này, cũng như thiết kế và xây dựng các thành phần cần thiết trên quy mô lớn.
Hình ảnh minh họa siêu máy tính lượng tử 100,000 qubit làm trung tâm của IBM Quantum, dự kiến sẽ được triển khai vào năm 2033. (Tín dụng: IBM)
Trong tương lai, IBM dự định mở rộng các mối quan hệ đối tác này để bao gồm Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne và Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermilab, cả hai đều là thành viên của Sàn giao dịch Lượng tử Chicago và là nơi đặt trụ sở của hai trung tâm lượng tử tương ứng của Bộ Năng lượng.
Điều quan trọng là hai phòng thí nghiệm cung cấp các năng lực và kiến thức chuyên môn có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc cung cấp các công nghệ dự kiến trong cuộc chạy đua xây dựng một siêu máy tính lượng tử làm trung tâm.
“Trong nhiều năm qua, IBM đã đi đầu trong việc giới thiệu công nghệ lượng tử công nghệ với thế giới,” nói Arvind krishna, Chủ tịch và Giám đốc điều hành, IBM. “Chúng tôi đã đạt được tiến bộ đáng kể trong lộ trình và sứ mệnh thiết lập công nghệ lượng tử hữu ích trên toàn cầu, đến mức giờ đây chúng tôi có thể cùng với các đối tác của mình thực sự bắt đầu khám phá và phát triển một loại siêu máy tính mới dựa trên lượng tử.”
“Đạt được những bước đột phá ở quy mô lớn trong công nghệ lượng tử đòi hỏi sự hợp tác sâu sắc và hiệu quả trên khắp thế giới và trên nhiều đối tác công nghiệp, học thuật và chính phủ,” cho biết Paul Alivisatos, Chủ tịch của Đại học Chicago. “Khoa học và công nghệ thông tin lượng tử đang ở ngã ba đường, nơi khám phá nền tảng và đổi mới kỹ thuật sẽ kết hợp để tạo ra những bước đột phá thực sự. Các Đại học Chicago rất vui mừng được hợp tác trong nỗ lực này.
“Chúng tôi hy vọng mối quan hệ hợp tác của chúng ta sẽ dẫn đến những đột phá khoa học, thúc đẩy việc áp dụng điện toán lượng tử cho thời đại sắp tới và tích cực tham gia vào các thách thức xã hội quan trọng của nhân loại. Chúng tôi cũng mong muốn đóng góp vào việc hiện thực hóa một xã hội tương lai tốt đẹp hơn bằng cách nuôi dưỡng những tài năng đa dạng,” Tiến sĩ. Teruo Fujii, Chủ tịch của Đại học Tokyo.
Các kế hoạch cho siêu máy tính tập trung vào lượng tử này dự kiến sẽ liên quan đến những đổi mới ở tất cả các cấp độ của ngăn xếp điện toán và bao gồm sự hội tụ của các lĩnh vực điện toán lượng tử và truyền thông lượng tử, cũng như sự tích hợp liền mạch của quy trình công việc lượng tử và cổ điển thông qua đám mây lai .
Bởi vì một chiếc máy tính như vậy chưa từng được sản xuất trước đây nên bước đầu tiên sẽ là vạch ra một bản thiết kế. Thiết kế sẽ phải tích hợp máy tính cổ điển và máy tính lượng tử – một nhiệm vụ đầy thách thức cho đến nay – cũng như tạo ra bước đột phá mới trong công nghệ điện toán và truyền thông lượng tử.
Nền tảng của hệ thống này sẽ bao gồm các mốc quan trọng mà IBM đã vạch ra trong Lộ trình phát triển lượng tử của mình. Điều này bao gồm khả năng mở rộng quy mô và kết nối số lượng bộ xử lý lượng tử ngày càng tăng thông qua các kết nối lượng tử, cũng như công nghệ giảm thiểu lỗi để khai thác triệt để các bộ xử lý lượng tử ồn ào nhưng mạnh mẽ.
Đến cuối năm 2023, IBM dự định ra mắt ba nền tảng của kiến trúc cần thiết cho siêu máy tính lượng tử. Một là bộ xử lý 'IBM Heron' 133 qubit mới. Bộ xử lý này là một thiết kế lại hoàn toàn của các thế hệ bộ xử lý lượng tử trước đây của IBM, với một cổng hai qubit mới để cho phép hiệu suất cao hơn. Nó cũng sẽ tương thích với các tiện ích mở rộng trong tương lai để cho phép các bộ xử lý được kết nối theo mô-đun tăng kích thước của máy tính.
Thứ hai là sự ra đời của IBM Quantum System Two. Hệ thống hàng đầu mới được thiết kế theo mô-đun và linh hoạt để giới thiệu các yếu tố mở rộng quy mô trong các thành phần cơ bản của nó, bao gồm thiết bị điện tử điều khiển cổ điển và cơ sở hạ tầng đi dây đông lạnh mật độ cao. Hệ thống này được nhắm mục tiêu trực tuyến vào cuối năm 2023.
Thứ ba là giới thiệu phần mềm trung gian cho lượng tử, một bộ công cụ để chạy khối lượng công việc trên cả bộ xử lý cổ điển và lượng tử. Điều này bao gồm các công cụ để phân tách, thực thi song song và tái cấu trúc khối lượng công việc để hỗ trợ các giải pháp hiệu quả trên quy mô lớn.
Trong thập kỷ tới, IBM có kế hoạch hợp tác với các đối tác đại học và hệ sinh thái lượng tử trên toàn thế giới của mình để phát triển cách các bộ xử lý lượng tử của họ có thể được kết nối thông qua các kết nối lượng tử. Công việc này sẽ nhằm mục đích cho phép các hoạt động lượng tử liên bộ xử lý có hiệu quả cao, độ chính xác cao và cơ sở hạ tầng thành phần hệ thống đáng tin cậy, linh hoạt và giá cả phải chăng để cho phép mở rộng quy mô lên 100,000 qubit.
Sự hợp tác của IBM với Đại học Chicago sẽ xây dựng trên Chicago thế mạnh của khu vực trong nghiên cứu lượng tử. Các Đại học Chicago đã gieo mầm cho hệ sinh thái lượng tử của khu vực hơn một thập kỷ trước với quyết định biến công nghệ lượng tử thành trọng tâm của Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker ngày nay. Chicago được cho là đã trở thành một trong những trung tâm toàn cầu hàng đầu về nghiên cứu công nghệ lượng tử và là nơi có một trong những mạng lượng tử lớn nhất trong nước.
Các nhà khoa học từ Đại học Chicago-Trụ sở chính Chicago Quantum Exchange, bao gồm Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne và Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermilab, bốn trường đại học, hơn 40 đối tác trong ngành và các nhà nghiên cứu tại các tổ chức học thuật đẳng cấp thế giới khác trong khu vực sẽ tiếp tục mở rộng hiểu biết và sử dụng công nghệ lượng tử.
Cùng với IBM, các nhà nghiên cứu tại Đại học Tokyo đã và đang thúc đẩy các chủ đề như phân tích chi tiết tiếng ồn sâu bên trong bộ xử lý lượng tử, phát triển tính toán hiệu quả cho trí tuệ nhân tạo lượng tử và mô phỏng hóa học lượng tử bằng tính toán lai lượng tử cổ điển.
Để biết thêm về đường dẫn đến một siêu máy tính lượng tử 100,000 qubit, hãy đọc blog Nghiên cứu của IBM.
Xem thêm : Mô-đun IGBT | Màn hình LCD | Linh kiện điện tử