Cisco ra mắt "Bộ chuyển đổi lượng tử chung"…… Cuộc cạnh tranh về tính toán lượng tử đang chuyển từ phần cứng sang lĩnh vực mạng

Cisco Systems ($CSCO) tuần trước công bố “Bộ chuyển đổi lượng tử phổ quát” rõ ràng chỉ ra rằng, trọng tâm mở rộng của tính toán lượng tử không nằm ở hiệu suất của từng thiết bị đơn lẻ, mà ở “mạng lưới”. Điều này có nghĩa là máy tính lượng tử không còn dừng lại ở giai đoạn thiết bị thí nghiệm cô lập nữa, mà đang tiến tới sự phát triển của “mạng lượng tử” kết nối lẫn nhau.

Ngành công nghiệp hiện nay kỳ vọng các vấn đề khó như mô phỏng phân tử, khám phá vật liệu mới, tối ưu hóa danh mục đầu tư, tính toán lịch trình quy mô lớn, cần từ 100.000 đến 1 triệu qubit logic để giải quyết. Tuy nhiên, theo lộ trình chính, ngay cả đến năm 2030, thực tế cũng chỉ có thể đạt vài nghìn, tối đa vài chục nghìn qubit ban đầu. Khoảng cách này khiến ngành chuyển hướng sang “tính toán lượng tử phân tán”, tức là kết nối nhiều bộ xử lý nhỏ hơn để hoạt động như một hệ thống duy nhất, thay vì phụ thuộc vào một siêu máy tính lượng tử khổng lồ.

Tại sao cần mạng lượng tử

Mạng máy tính truyền thống chỉ cần trao đổi kết quả tính toán, nhưng trong lĩnh vực lượng tử thì khác. Nếu nhiều thiết bị muốn hoạt động như một hệ thống tích hợp, chúng phải duy trì trạng thái “rối” và truyền trạng thái lượng tử của chính nó. Trong quá trình này, bộ chuyển đổi lượng tử cần thiết phải thay đổi đường đi của photon mà không làm hỏng đặc tính lượng tử của photon đó.

Bộ chuyển đổi lượng tử phổ quát của Cisco chính là thiết bị nghiên cứu được thiết kế cho vai trò này. Nó nhằm truyền photon rối qua cáp quang thông thường ở nhiệt độ phòng, đồng thời xử lý nhiều dạng mã hóa khác nhau trong khi giữ nguyên thông tin lượng tử. Đặc biệt, khác với bộ chuyển đổi quang thông thường, nó sử dụng “bộ chuyển đổi trạng thái lượng tử” bên trong để tránh làm hỏng trạng thái lượng tử.

Ngoài ra, nó hỗ trợ các phương pháp mã hóa lượng tử chính như phân cực, khoang thời gian, tần số, đường đi, và có thể chuyển đổi lẫn nhau, giúp các hệ thống lượng tử sử dụng các phương pháp khác nhau vẫn có thể kết nối trong cùng một mạng. Điều này mở ra khả năng các thiết bị dựa trên nguyên tử trung tính, siêu dẫn, photon có thể hoạt động chung trên cùng một hạ tầng.

Mục tiêu của Cisco là nền tảng cho “Internet lượng tử”

Trước đó, Cisco đã công bố một chip nguồn rối tạo ra khoảng 200 triệu cặp photon rối mỗi giây. Cùng với bộ chuyển đổi này và phần mềm liên quan đến phân phối, chuyển đổi, và truyền trạng thái lượng tử vô hình, ngành đánh giá họ đã sơ bộ xây dựng được khung “bộ phát - kiến trúc mạng - hệ thống điều khiển”.

Trong các thử nghiệm cùng đối tác Qunnect tại khu vực đô thị New York, Cisco đã trình diễn tốc độ trao đổi rối vượt xa mức độ phòng thí nghiệm hiện tại trong phạm vi vài km. Điều này được hiểu như một tín hiệu, cho thấy mạng lượng tử không còn chỉ là lý thuyết, mà đã bước vào giai đoạn kết hợp với hạ tầng truyền thông thực tế.

Về mặt thị trường, điểm quan trọng là giá trị kinh tế của tính toán lượng tử có thể không đến từ bán thiết bị đơn lẻ, mà từ “chia sẻ tài nguyên”. Giống như các doanh nghiệp ngày nay sử dụng CPU và GPU đám mây theo nhu cầu, trong tương lai, tài nguyên tính toán lượng tử cũng có khả năng được cung cấp qua mạng theo dạng gói.

Lợi thế của Cisco

Mạng lượng tử không phải là lĩnh vực riêng của các doanh nghiệp phần cứng lượng tử. Nó đòi hỏi hạ tầng truyền thông quang hiện có, mạng giao thức Internet (IP), phần mềm điều khiển, và hệ thống an ninh phối hợp chặt chẽ. Đây chính là điểm mạnh của Cisco.

Thông qua tổ chức ươm tạo Outshift, Cisco đang phát triển kiến trúc tổng thể bao gồm chip lượng tử, bộ chuyển đổi, trình biên dịch, điều phối, sửa lỗi phân tán, và tích hợp mã hóa hậu lượng tử. Ngoài ra, họ hợp tác với các công ty như IBM Quantum, Atom Computing, tích lũy kinh nghiệm kết nối thiết bị trong môi trường thực tế.

Điều quan trọng nhất là khả năng hoạt động ở nhiệt độ phòng và hỗ trợ các dải tần số truyền thông, giúp tận dụng tối đa hạ tầng quang hiện có. Điều này giảm phụ thuộc vào các cơ sở hạ tầng đặc biệt như đường truyền cực thấp nhiệt độ, từ đó giảm rào cản sử dụng cho nhà mạng và nhà cung cấp dịch vụ đám mây.

Những gì ngành CNTT cần chuẩn bị

Trong ngắn hạn, phần lớn doanh nghiệp khó có thể đưa bộ chuyển đổi lượng tử vào sử dụng trong năm tới. Tuy nhiên, trong 3 đến 5 năm tới, cách xây dựng mạng lưới sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng chuyển đổi lượng tử của họ.

Chuyên gia khuyên rằng, trước tiên nên xem tính toán lượng tử như một “dịch vụ mạng đa nhà cung cấp”, chứ không phải công nghệ của một nhà cung cấp duy nhất. Điều này đòi hỏi khi xây dựng chiến lược trung tâm dữ liệu và mạng diện rộng, cần tính đến các nhà cung cấp đám mây lớn, đám mây lượng tử chuyên dụng, và các thiết bị cục bộ kết nối lẫn nhau.

Ngoài ra, về mặt an ninh, cần chuẩn bị cho quá trình chuyển đổi sang mã hóa hậu lượng tử và ứng phó với mạng lượng tử. Máy tính lượng tử có thể đe dọa hệ thống mã hóa hiện tại, nhưng ngược lại, mạng lượng tử cũng có thể cung cấp mô hình an ninh mạnh hơn. Cuối cùng, việc thiết kế cấu trúc lai giữa mạng cổ điển và liên kết lượng tử để tồn tại song song dự kiến sẽ trở thành vấn đề trung tâm.

Việc Cisco ra mắt lần này cho thấy, tính toán lượng tử đang vượt ra khỏi giai đoạn “thực nghiệm vật lý”, trở thành một phần hạ tầng trung hạn dài hạn trong chiến lược của doanh nghiệp. Thời đại lượng tử sẽ quyết định thắng thua không chỉ dựa vào số lượng qubit sớm nhất, mà còn dựa vào ai kết nối các nguồn lực này hiệu quả nhất.