Microsoft ra chip lượng tử mới 'với sự trợ giúp của AI'

Microsoft công bố chip lượng tử Majorana 2 sử dụng vật liệu gốc chì mới, và tuyên bố "do các công cụ AI khoa học vật liệu hỗ trợ".

Ra mắt sự kiện Microsoft Build 2026 ở San Francisco (Mỹ) tuần này, thay đổi lớn nhất của Majorana 2 so với bản tiền nhiệm Majorana 1 năm ngoái nằm ở vật liệu. Trong khi chip lượng tử của Google, IBM và các công ty khác dùng dây dẫn siêu dẫn làm từ nhôm, chip mới được làm từ gốc chì, kim loại vốn có kích thước nguyên tử lớn hơn do số lượng lớp electron nhiều hơn.

Để tạo Majorana 2, Microsoft cải tiến cấu trúc vật liệu của Majorana 1 bằng cách thay thế chất siêu dẫn nhôm bằng chì, đồng thời cập nhật vùng hoạt tính bán dẫn khi kết hợp giữa hai vật liệu Indium Arsenide và Indium Arsenide Antimonide. Sự thay đổi giúp gia tăng hiệu năng, chống nhiễu và lỗi do môi trường - những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và được xem là "điểm nghẽn" trên bất kỳ chip lượng tử nào.

"Majorana 2 chứa các qubit (bit lượng tử) có độ tin cậy cao hơn gấp 1.000 lần so với qubit trong bộ xử lý trước đây chúng tôi từng nghiên cứu", Chetan Nayak, Phó chủ tịch mảng phần cứng lượng tử Microsoft Quantum, viết trên blog.

Chip điện toán lượng tử Majorana 2 của Microsoft. Ảnh: Microsoft

Máy tính lượng tử hoạt động dựa trên các định luật cơ học lượng tử. Theo định nghĩa của Microsoft, qubit là đơn vị thông tin cơ bản trong điện toán lượng tử. Khác với bit cổ điển chỉ có trạng thái 0 hoặc 1, qubit có thể tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái nhờ đặc tính chồng chập lượng tử, cho phép loại máy tính này khám phá nhiều hướng tính toán song song, mang lại tốc độ xử lý tăng theo cấp số nhân cho một số tác vụ, chẳng hạn giải toán và mô phỏng các hệ thống lượng tử. Một số hướng công nghệ điện toán lượng tử chính hiện nay gồm siêu dẫn, bẫy ion, quang tử và nguyên tử trung hòa.

Theo Nayak, cấu trúc vật liệu mới giúp tạo ra các qubit tôpô (topological qubit) có độ tin cậy cao, nhất là với phép toán ở thang thời gian micro giây. Khác với qubit truyền thống dễ bị lỗi chỉ bằng rung động nhỏ, điểm đặc biệt trên qubit tôpô là thông tin không lưu trên một hạt đơn lẻ, thay vào đó được mã hóa vào cấu trúc toàn cục của hạt đặc biệt gọi là anyon, giúp hệ thống chống lại nhiễu và giảm tỷ lệ lỗi tự nhiên.

"Sự tiến bộ nhanh chóng này được AI hỗ trợ, giúp rút ngắn một nửa thời gian cần thiết cho chế tạo chip, qua đó có thể cung cấp một máy tính lượng tử có khả năng mở rộng, dự kiến có mặt vào năm 2029", Nayak nhấn mạnh.

Theo Jason Zander, Phó chủ tịch điều hành của Microsoft, lý do các hãng không sử dụng chì để chế tạo chip lượng tử nằm ở "quy trình chuyên biệt cao độ". "Bước đột phá là chúng tôi đã tìm ra cách sử dụng chì bằng một chất tan trong nước trên chip mà không làm chì bị rửa trôi trong quá trình sản xuất", Zander nói với Reuters. "Sự tồn tại của chúng chưa được chứng minh cho đến khi Microsoft quan sát thấy".

Việc sử dụng AI hỗ trợ nghiên cứu chip lượng tử cho thấy hướng đi mới của hãng. Đầu năm nay, công ty cho biết đã hợp tác với Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) ở Richland, Washington (Mỹ) và nghiên cứu thành công loại vật liệu có thể giúp sản xuất pin Li-ion dùng ít hơn 70% lithium so với hiện nay. Tại buổi ra mắt Majorana 2, Zander nhấn mạnh PNNL đã đóng góp lớn cho chip mới.

Tuy nhiên, giới phê bình và chuyên gia vật lý hiện phản ứng tiêu cực khi Microsoft không công khai đủ dữ liệu xác minh các tuyên bố của mình với Majorana 2, theo TechCrunch. "Microsoft có thể sử dụng bao nhiêu chì tùy thích, nhưng điều đó sẽ không thể bảo vệ họ khỏi nguyên tắc khoa học cơ bản, rằng kết quả nghiên cứu cần phải có khả năng tái tạo", Henry Legg, giảng viên vật lý lượng tử tại Đại học St. Andrews ở Scotland, nhận xét.

Phía hãng phần mềm Mỹ sau đó phản bác, rằng công ty không thể công bố toàn bộ dữ liệu chip mới do liên quan đến bí mật thương mại. Tuy nhiên, hãng khẳng định đã "có các cuộc thảo luận bí mật" về Majorana 2 với Cơ quan Nghiên cứu dự án quốc phòng tiên tiến Mỹ (DARPA) - tổ chức đang đánh giá tính khả thi của một số loại hệ thống lượng tử khác nhau đang được nghiên cứu.

Bên cạnh Microsoft, nhiều công ty công nghệ và bán dẫn hàng đầu hiện tăng đầu tư vào chip lượng tử nhằm giành lợi thế trong lĩnh vực điện toán thế hệ mới này, như Google với Sycamore và Willow, Intel với Tunnel Falls, hay Amazon Web Services với Ocelot, còn Nvidia tập trung xây dựng hạ tầng mô phỏng và nền tảng phục vụ nghiên cứu lượng tử. Tại Trung Quốc, Baidu, Alibaba Cloud và Origin Quantum cũng đang mở rộng hoạt động nghiên cứu chip và hệ thống điện toán lượng tử, trong bối cảnh Mỹ và Trung Quốc cạnh tranh về năng lực công nghệ lõi.

Khi ngày càng nhiều nguyên mẫu chip lượng tử xuất hiện và được giới thiệu là đột phá, giới chuyên gia tin công nghệ này sắp được ứng dụng trong đời thực. Nói với Quantum Insider, Ellie Brown, nhà phân tích kinh tế điện toán lượng tử và điện toán đám mây của S&P Global Market Intelligence, cho biết, dựa trên dữ liệu nghiên cứu mới nhất, hầu hết lộ trình phát triển của ngành hiện nay đều đặt mục tiêu triển khai hệ thống điện toán lượng tử vào khung thời gian 2028-2032.

Bảo Lâm tổng hợp