Trong khuôn khổ sự kiện Microsoft Build 2026 diễn ra tại San Francisco (Mỹ) tuần này, gã khổng lồ phần mềm Microsoft đã trình làng thế hệ chip lượng tử mới mang tên Majorana 2. Điểm nhấn cốt lõi của công nghệ này là sự chuyển dịch sang vật liệu siêu dẫn gốc chì thay vì nhôm truyền thống, một phát kiến được tăng tốc mạnh mẽ nhờ các công cụ trí tuệ nhân tạo chuyên sâu về khoa học vật liệu.
Thay đổi lớn nhất của chip Majorana 2 so với phiên bản tiền nhiệm Majorana 1 nằm ở bản chất của vật liệu siêu dẫn.
Chuyển dịch cấu trúc nguyên tử: Trong khi các hệ thống chip lượng tử của Google, IBM hay nhiều doanh nghiệp khác sử dụng dây dẫn siêu dẫn làm từ nhôm, chip mới của Microsoft được chế tạo từ gốc chì. Đây là loại kim loại sở hữu kích thước nguyên tử lớn hơn do có số lượng lớp electron nhiều hơn.
Cải tiến vùng hoạt tính: Microsoft đã tiến hành thay thế chất siêu dẫn nhôm bằng chì, đồng thời cập nhật vùng hoạt tính bán dẫn bằng sự kết hợp giữa hai vật liệu Indium Arsenide và Indium Arsenide Antimonide. Sự thay đổi này giúp cải thiện đáng kể hiệu năng, khả năng chống nhiễu và loại bỏ các lỗi do tác động từ môi trường – vốn được xem là "điểm nghẽn" kinh điển trên mọi chip lượng tử.
Tăng tốc nhờ trí tuệ nhân tạo: Sự tiến bộ nhanh chóng này có sự hậu thuẫn lớn từ AI, giúp rút ngắn một nửa thời gian cần thiết cho quy trình nghiên cứu và chế tạo chip. Dự án có sự đóng góp lớn từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) – đơn vị trước đó từng ứng dụng AI của Microsoft để thiết kế loại pin Li-ion giảm 70% lượng lithium.
Giải mã bí mật sản xuất: Lý do các hãng công nghệ trước đây không dùng chì làm chip lượng tử nằm ở yêu cầu quy trình chuyên biệt cao độ. Microsoft đã giải bài toán này bằng cách tìm ra phương pháp sử dụng một chất tan trong nước ngay trên chip để giữ cho chì không bị rửa trôi trong suốt quá trình sản xuất.
Chip điện toán lượng tử Majorana 2 của Microsoft. Ảnh: Microsoft
Máy tính lượng tử vận hành dựa trên các định luật cơ học lượng tử, sử dụng qubit (bit lượng tử) làm đơn vị thông tin cơ bản. Khác với bit cổ điển chỉ có trạng thái 0 hoặc 1, qubit có khả năng tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái nhờ đặc tính chồng chập lượng tử, mang lại tốc độ xử lý tăng theo cấp số nhân cho các tác vụ giải toán chuyên sâu hoặc mô phỏng hệ thống lượng tử.
Độ tin cậy vượt trội: Cấu trúc vật liệu mới của Majorana 2 cho phép kiến tạo nên các qubit tôpô (topological qubit) có độ tin cậy và độ ổn định cao hơn gấp 1.000 lần so với các qubit trong bộ xử lý trước đây của hãng.
Cơ chế mã hóa toàn cục chống nhiễu: Các qubit truyền thống vốn rất nhạy cảm và dễ phát sinh sai số chỉ bởi một rung động cơ học nhỏ. Điểm đặc biệt của qubit tôpô là thông tin không được lưu trữ tập trung trên một hạt đơn lẻ, mà được mã hóa trực tiếp vào cấu trúc toàn cục của một loại hạt đặc biệt mang tên anyon. Giải pháp cấu trúc này giúp toàn bộ hệ thống tự động chống lại các nguồn nhiễu bên ngoài và giảm thiểu tỷ lệ lỗi tự nhiên.
Bất chấp những thông số tiến bộ được công bố, Microsoft hiện đang phải đối mặt với làn sóng phản ứng thận trọng, thậm chí tiêu cực từ giới vật lý và các nhà phê bình do doanh nghiệp không công khai đầy đủ dữ liệu xác minh.
"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 (Scotland) nhận xét.
Phía Microsoft phản bác rằng hãng buộc phải giữ kín một phần dữ liệu do liên quan chặt chẽ đến bí mật thương mại. Tuy nhiên, hãng xác nhận đã thực hiện các cuộc thảo luận bảo mật về dự án với Cơ quan Nghiên cứu dự án quốc phòng tiên tiến Mỹ (DARPA) – tổ chức đang chịu trách nhiệm đánh giá tính khả thi của các hệ thống lượng tử khác nhau.
Bối cảnh chạy đua công nghệ lõi: Điện toán lượng tử đang là chiến trường gắt gao giữa các thế lực công nghệ toàn cầu nhằm giành lợi thế thế hệ mới. tại Mỹ, các ông lớn đang tăng tốc đầu tư mạnh mẽ với nhiều nguyên mẫu độc quyền: Google sở hữu kiến trúc Sycamore và Willow, Intel có Tunnel Falls, Amazon Web Services phát triển Ocelot, trong khi Nvidia tập trung xây dựng hạ tầng mô phỏng lượng tử. Ở phía đối trọng, các tập đoàn Trung Quốc như Baidu, Alibaba Cloud và Origin Quantum cũng đang ráo riết mở rộng quy mô nghiên cứu chip và hệ thống lượng tử.
Theo đánh giá của chuyên gia kinh tế điện toán lượng tử Ellie Brown (S&P Global Market Intelligence), với sự xuất hiện dày đặc của các nguyên mẫu đột phá, hầu hết lộ trình phát triển của ngành hiện nay đều đặt mục tiêu đưa hệ thống điện toán lượng tử vào ứng dụng thực tế trong khung thời gian từ năm 2028 đến năm 2032. Riêng Microsoft kỳ vọng sẽ hoàn thiện một máy tính lượng tử có khả năng mở rộng quy mô vào năm 2029.