Chip Entanglement Cisco hiện thực hóa việc kết nối các máy tính lượng tử phân tán

Cisco vừa giới thiệu một loại chip mới dựa trên hiện tượng vướng víu lượng tử (Chip Entanglement) với mục đích kết nối nhiều máy tính lượng tử nhỏ ở các vị trí khác nhau lại để hoạt động với sức mạnh giống như một máy tính lượng tử lớn duy nhất. Cùng với đó, Cisco cũng ra mắt một phòng thí nghiệm chuyên về công nghệ lượng tử.

Ứng dụng phổ biến nhất của hiện tượng vướng víu lượng tử hiện nay là trong phân phối khóa lượng tử (Quantum Key Distribution - QKD), trong đó bảo mật dựa trên sự vướng víu được coi là phương pháp tốt nhất để phân phối khóa mã hóa một cách an toàn. Cisco có tham vọng lớn hơn, không chỉ sử dụng hiện tượng vướng víu lượng tử trong QKD mà còn sử dụng nó để tạo ra một mạng Internet lượng tử mới, một mạng lưới mà các máy tính lượng tử riêng biệt trong nhiều trung tâm dữ liệu phân tán về mặt vật lý có thể được liên kết và kết hợp thành một máy tính lượng tử mạnh mẽ hơn.

Cisco đã công bố ra mắt Chip Entanglement. Con chip này có thể tạo ra tới 200 triệu cặp vướng víu mỗi giây, với độ trung thực cao và hoạt động trên các bước sóng viễn thông tiêu chuẩn, cho phép nó có thể chạy trên cơ sở hạ tầng cáp quang hiện nay. Đồng thời, Cisco đã công bố mở phòng thí nghiệm Cisco Quantum Labs tại Santa Monica, California, Mỹ. Đây sẽ là trung tâm nghiên cứu chuyên dụng mới của Cisco dành cho các nhà khoa học và kỹ sư phần mềm để thúc đẩy việc xây dựng mạng Internet lượng tử. Thông báo kép này là minh chứng cho sự tự tin của Cisco vào các kế hoạch thúc đẩy nhanh toàn bộ hệ sinh thái lượng tử trong tương lai.

Chip Entanglement có hai chức năng chính. Đầu tiên, trong ngắn hạn, nó sẽ giúp xây dựng một mạng Internet lượng tử dựa trên QKD, cho phép phân phối khóa mã hóa an toàn lượng tử. Thứ hai, trong dài hạn, cùng với QKD đó sẽ phân phối an toàn các photon vướng víu cho phép các máy tính lượng tử phân tán hoạt động đồng bộ như một máy tính lượng tử lớn duy nhất.

Người ta tin tưởng rằng máy tính lượng tử có thể sẽ xuất hiện vào khoảng năm 2030. Những máy tính này sẽ khai thác sức mạnh của vài nghìn qubit, nhưng tiềm năng thực sự của điện toán lượng tử trong việc giải quyết nhiều vấn đề hiện nay như: khoa học vật liệu, mô hình hóa khí hậu, thuật toán AI siêu mạnh,… đòi hỏi máy tính lượng tử phải hoạt động với sức mạnh của hàng triệu qubit.

Kế hoạch của Cisco là thu hẹp khoảng thời gian phát triển giữa vài nghìn và hàng triệu qubit bằng cách xây dựng một mạng Internet lượng tử. Cũng giống như việc kết nối các trung tâm dữ liệu nhỏ thông qua Internet hiện tại đã loại bỏ dần yêu cầu về máy tính lớn tập trung quy mô lớn. Sự tồn tại của mạng Internet lượng tử gồm các trung tâm dữ liệu lượng tử được kết nối sẽ giúp làm giảm nhu cầu về một máy tính lượng tử khổng lồ riêng biệt.

Vijoy Pandey, Phó chủ tịch cấp cao tại Bộ phận phát triển các công nghệ mới nổi và giải pháp đột phá của Cisco cho biết: “Với Chip Entanglement, Cisco đã tạo ra các cặp photon vướng víu có độ trung thực cao ở bước sóng viễn thông, điều này đóng vai trò là nền tảng cho mạng Internet an toàn lượng tử. Các photon phân tán này duy trì tính nhất quán lượng tử với độ trung thực lên đến 99%, đảm bảo bảo mật đáng tin cậy trên toàn mạng”.

Ông cho biết thêm: “Các trung tâm dữ liệu lượng tử mở rộng, nơi các bộ xử lý được làm việc cùng nhau thông qua mạng lưới chuyên biệt sẽ là con đường thực tế và khả thi để tiến về phía trước”.

Khối xây dựng cơ bản của điện toán lượng tử phân tán sẽ là Chip Entanglement, tạo ra các photon vướng víu cho phép kết nối tức thời thông qua dịch chuyển tức thời lượng tử (tức là tương quan tức thời của trạng thái lượng tử của hạt đầu tiên với hạt thứ hai, bất kể khoảng cách). Các photon vướng víu được gọi là “ebit” để phân biệt chúng với qubit.

Các ebit sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp và tính toán trên nhiều đơn vị xử lý lượng tử (Quantum Processing Unit - QPU). QPU là một phần của máy tính lượng tử thực hiện các cổng lượng tử và thuật toán, cho phép các hoạt động lượng tử. Việc sử dụng các photon rối giữa chúng cho phép vận hành nhiều QPU song song, mở rộng hiệu suất vượt ra ngoài giới hạn của từng QPU ngay cả khi chúng ở các vị trí khác nhau.

Phần lớn công việc hiện tại của Cisco vẫn đang trong giai đoạn lý thuyết, nhưng với những thông báo công khai như hiện nay, công ty đang tự tin rằng họ sẽ thành công trong các kế hoạch của mình.