IBM muốn nối hai chip lượng tử: 1.040 qubit sẽ thay đổi điều gì?

IBM dự kiến ghép hai bộ xử lý Nighthawk r3 thành một hệ thống có 1.040 qubit lập trình được vào năm 2027. Chi tiết đáng chú ý trong công bố ngày 11/11/2026 là cách hãng định tăng quy mô: giữ tốc độ lấy mẫu của thế hệ hiện tại trong khi đưa phép tính qua ranh giới giữa hai chip. Một hệ thống có thêm qubit chỉ giúp ích nếu vẫn cho kết quả đủ chính xác và trả về trong thời gian thực tế.

Ba con số đang mô tả ba thứ khác nhau

Theo thông cáo của IBM, thiết kế của một Nighthawk r3 có tổng cộng 2.034 qubit vật lý, trong đó 520 qubit có thể lập trình. Mục tiêu thực thi là 10.000 thao tác lượng tử trên thiết kế này. Con số 1.040 thuộc kế hoạch ghép hai bộ xử lý, mỗi bộ cung cấp 520 qubit lập trình. Vì vậy, việc hãng nêu đồng thời 2.034 và 1.040 không có nghĩa hệ thống hai chip có ít tài nguyên tính toán hơn một chip. Hai con số đang dùng hai cách đếm khác nhau.

Qubit vật lý là một phần tử phần cứng mang trạng thái lượng tử. Qubit lập trình được ở đây là phần tử mà người dùng có thể đưa vào mạch. Cả hai đều khác qubit logic: một đơn vị thông tin được mã hóa với cơ chế phát hiện và sửa lỗi để bảo vệ phép tính. Một bản thiết kế có hàng trăm qubit lập trình được chưa cho biết nó có thể duy trì bao nhiêu qubit logic dưới một ngưỡng lỗi cụ thể. Tương tự, 10.000 thao tác là mục tiêu thiết kế cho thế hệ r3, không phải số thao tác IBM đã đo trên mọi loại mạch.

Phép tính cần nhiều lần chạy để cho một câu trả lời

Hãy hình dung một thí nghiệm cần ước lượng xác suất của một kết quả. Một lần chạy mạch rồi đo chỉ cho một mẫu. Nhóm nghiên cứu chạy lại mạch nhiều lần, đếm số lần kết quả xuất hiện và dùng tập mẫu để ước lượng xác suất. Những bài toán phức tạp có thể phải đo nhiều mạch hoặc nhiều biến thể của cùng một mạch. Mỗi lần đo xong, phần cứng phải chuẩn bị lại qubit. Thời gian khởi tạo lại vì vậy ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian thu thập dữ liệu.

IBM công bố Nighthawk r2 đạt tới 100.000 mẫu mỗi giây và hỗ trợ mạch có hơn 7.500 thao tác trên 120 qubit. Tốc độ tối đa của thiết bị không phải tốc độ bảo đảm cho mọi bài toán. Tập mạch, cách hiệu chỉnh và bước xử lý dữ liệu sau đo đều có thể chi phối tổng thời gian. Chẳng hạn, IBM cho biết một thí nghiệm mô phỏng vật liệu từ từng chạy cùng Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge nhanh hơn 12 lần khi chuyển từ bộ xử lý Heron sang r2. Điểm so sánh ở đây là một thí nghiệm trên hai thế hệ phần cứng IBM, nên kết quả không trả lời câu hỏi liệu máy lượng tử đã nhanh hơn phương pháp cổ điển tốt nhất cho cùng bài toán hay chưa.

Ghép chip đưa thêm kết nối vào đường đi của phép tính

Mạch lượng tử quy định qubit nào cần tương tác với qubit nào. Nếu hai qubit cần tương tác ở xa nhau trên sơ đồ phần cứng, trình biên dịch có thể phải chèn thêm thao tác để đưa thông tin đến đúng chỗ. Mỗi thao tác thêm làm mạch dài hơn và có thể đưa thêm sai số. Nighthawk r3 giữ bố trí lưới vuông của r2, đồng thời được thiết kế với 10 bộ ghép nối giữa các chip. Với hai phần của mạch nằm trên hai chip, chất lượng và vị trí của các đường nối sẽ quyết định chi phí khi phải chuyển trạng thái qua lại.

IBM báo cáo thử nghiệm với hai bộ xử lý Nighthawk r1 và bốn bộ ghép đạt độ trung thực truyền trạng thái 99,3%, so với đích 99,9% hãng đặt ra. Đây là phép đo ở một cấu hình thử nghiệm, chưa phải độ chính xác đầu cuối của một chương trình chạy trên hệ thống r3 ghép đôi. IBM cũng nói đã nối hai mô-đun làm lạnh và đưa hệ thống xuống dưới 15 millikelvin. Duy trì nhiệt độ thấp là điều kiện vận hành phần cứng; thử nghiệm làm lạnh không tự nó chứng minh các mạch qua hai chip sẽ đạt chất lượng mong muốn.

Đọc số liệu nào khi máy ghép đôi được đưa vào thử?

Một nhóm nghiên cứu có thể bắt đầu bằng hai biến thể của cùng bài toán: một biến thể đặt tương tác chủ yếu trên từng chip, một biến thể buộc nhiều tương tác đi qua liên kết. Giữ chung mục tiêu chính xác, rồi so thời gian trả kết quả, số lần chạy, tài nguyên xử lý cổ điển và sai số. Sự chênh lệch giữa hai biến thể sẽ cho thấy phần chi phí ghép nối mà bảng đếm qubit không thể hiện. Một bài kiểm tra khác là so sánh với cách giải cổ điển tốt nhất đã biết, trên dữ liệu và ngưỡng sai số tương đương, thay vì so với một cấu hình thuận tiện cho bên làm thử nghiệm.

Với nhóm làm mô phỏng vật liệu hoặc nghiên cứu thuật toán tại Việt Nam, cũng cần tách thời gian thiết bị chạy khỏi thời gian đi hết quy trình. Một lần thử còn có thể gồm biên dịch mạch, xếp hàng, chuyển dữ liệu và xử lý thống kê bằng máy tính thông thường. Từng bước có thể đo riêng trước khi quyết định công việc nào đáng chuyển sang phần cứng mới. Đến khi có thử nghiệm r3 đầy đủ, mốc 1.040 cho biết IBM định ghép bao nhiêu tài nguyên. Câu hỏi còn mở là người dùng có thể giải được lớp bài toán nào lớn hơn, với độ tin cậy và chi phí bao nhiêu.

Nguồn: IBM Newsroom, công bố ngày 11/11/2026.

Ảnh minh họa: Lắp đặt IBM Quantum System One tại Đức; ảnh tư liệu, không phải Nighthawk r3. IBM Research qua Wikimedia Commons, CC BY 2.0.