Crystal Palace
Nhật Bản vừa trình làng hệ thống máy tính lượng tử đầu tiên được chế tạo hoàn toàn bằng công nghệ nội địa với điểm nhấn là các qubit siêu dẫn tiên tiến. Đây là bước tiến quan trọng đánh dấu sự độc lập trong lĩnh vực công nghệ lượng tử của quốc gia này. Hệ thống không chỉ thay thế hoàn toàn các linh kiện nhập khẩu mà còn vận hành phần mềm mã nguồn mở do Nhật phát triển với tên gọi Open Quantum Toolchain for Operators and Users (OQTOPUS), giúp tối ưu hóa việc thực thi các chương trình lượng tử.
Máy tính lượng tử mới sử dụng chip lượng tử với các qubit siêu dẫn được làm từ kim loại có khả năng dẫn điện hoàn hảo khi được làm lạnh ở gần nhiệt độ tuyệt đối (-273,15 độ C). Bộ xử lý lượng tử (QPU) được phát triển bởi viện nghiên cứu RIKEN, một trong những trung tâm nghiên cứu hàng đầu của Nhật Bản. Các thành phần khác bao gồm gói chip do doanh nghiệp Seiken cung cấp cùng nhiều thiết bị hỗ trợ như tấm chắn từ tính, bộ lọc hồng ngoại và thông dải, bộ khuếch đại tiếng ồn thấp cũng như đa dạng cáp kết nối nhằm đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.
Toàn bộ linh kiện này được đặt trong tủ lạnh pha loãng – một thiết bị đông lạnh chuyên biệt để duy trì nhiệt độ cực thấp cần thiết cho hoạt động của máy tính lượng tử. Ngoài ra, máy còn tích hợp tủ lạnh ống xung giúp làm mát các bộ phận khác, cùng với bộ điều khiển và nguồn điện có tiếng ồn rất thấp, đảm bảo môi trường vận hành lý tưởng cho các qubit siêu dẫn.
Máy tính lượng tử do Nhật Bản sản xuất đầu tiên
Phần mềm OQTOPUS đi kèm là tập hợp công cụ mã nguồn mở hỗ trợ đầy đủ cho việc vận hành và phát triển chương trình lượng tử. Bao gồm engine lõi, mô-đun đám mây cũng như giao diện người dùng đồ họa thân thiện, OQTOPUS được thiết kế để tận dụng tối đa sức mạnh của QPU và phần cứng điều khiển đi kèm, giúp đơn giản hóa quá trình thử nghiệm và nghiên cứu liên quan đến tính toán lượng tử.
Điện toán lượng tử nổi bật với tiềm năng vượt xa tốc độ và khả năng xử lý của các siêu máy tính truyền thống hiện nay. Công nghệ này có thể giải quyết các bài toán phức tạp không thể thực hiện bằng công nghệ hiện tại thông qua khả năng thực hiện phép tính song song dựa trên nguyên lý cơ học lượng tử. Mỗi qubit bổ sung vào hệ thống đều gia tăng đáng kể sức mạnh tính toán, mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nghiên cứu phát triển thuốc, tối ưu hóa luồng giao thông đô thị hay nâng cao hiệu quả logistics.
Tuy vậy, thách thức lớn nhất trong điện toán lượng tử vẫn là kiểm soát và giảm thiểu tỷ lệ lỗi cao trong quá trình xử lý dữ liệu. Do đó, giới khoa học đang tập trung phát triển kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi lượng tử (Quantum Error Correction – QEC) nhằm nâng cao độ tin cậy khi vận hành các hệ thống có nhiều qubit.
Máy tính lượng tử đầu tiên của Nhật Bản đã được trưng bày tại Hội chợ Thế giới Expo 2025 diễn ra tại Osaka tuần vừa qua. Tại sự kiện này, công chúng có cơ hội tiếp cận trực tiếp với công nghệ mới thông qua việc kết nối từ xa đến hệ thống chạy trên nền tảng đám mây và trải nghiệm các chương trình lượng tử cơ bản. Triển lãm còn bao gồm các trải nghiệm tương tác giúp khách tham quan hiểu rõ hơn về hiện tượng vướng víu lượng tử cùng nhiều hiện tượng đặc trưng khác của vật lý lượng tử.
