Lời hứa lượng tử và cái trần 100 qubit

Trong hơn một thập kỷ, ngành công nghệ đã bán cho chúng ta giấc mơ về máy tính lượng tử: mô phỏng phân tử phức tạp, thiết kế vật liệu mới, tối ưu hóa hệ thống năng lượng, phá vỡ (hoặc tái định nghĩa) chuẩn mã hóa hiện tại. Nhưng nếu nhìn vào con số trên silicon, thực tế lại khá khiêm tốn: phần lớn QPU siêu dẫn thương mại vẫn loanh quanh 100 qubit.

Google, IBM và những ông lớn khác lần lượt công bố các chip ~100 qubit, nhưng bước nhảy lên hàng nghìn qubit vẫn xa vời. Vấn đề không hẳn nằm ở lý thuyết thuật toán, mà nằm ở… dây dẫn: cách chúng ta nối những qubit siêu dẫn siêu lạnh trên một miếng wafer vật lý. Trong thế giới này, qubit không chỉ là logic abstract; mỗi qubit đòi hỏi đường điều khiển, đọc, bias, lọc nhiễu… Tất cả đều phải được “dẫn dây” ra môi trường bên ngoài, đi qua tầng nhiệt độ khác nhau của tủ lạnh pha loãng. Với cách đi dây phẳng 2D như CPU cổ điển, số đường tín hiệu trở thành nút thắt vật lý bóp nghẹt khả năng mở rộng. Đây là chỗ QuantWare bước vào, với một lời hứa táo bạo: gỡ luôn cái trần 100 qubit bằng cách thay đổi cả kiến trúc wiring và quy trình đóng gói.

VIO‑40K: Từ mặt phẳng 2D lên “chung cư” 3D cho qubit

Các QPU hiện nay phần lớn vẫn đi theo tư duy CPU: dây dẫn trải phẳng trên bề mặt chip, kết nối qua các bump và đường dây nằm ngang. Kiểu bố trí này có giới hạn rất rõ: trên mỗi đơn vị diện tích, bạn chỉ kéo được từng ấy đường.

VIO‑40K của QuantWare chọn một lối đi khác: kéo dây theo chiều dọc. Thay vì mọi thứ phải “bò” trên mặt phẳng, kiến trúc mới dựng một “tòa nhà 3D” cho wiring, cho phép:

• Hỗ trợ tới 40.000 đường I/O trên một QPU.
• Trên cơ sở đó, nhắm tới 10.000 qubit hoạt động đồng thời trên một con chip nhỏ hơn cả những wafer‑style chip 100 qubit hiện nay.

Trọng tâm ở đây không chỉ là số lượng dây, mà là cách chúng được tổ chức. QuantWare không tính chuyện kéo 40.000 dây rời rạc ra khỏi một khối siêu dẫn duy nhất; thay vào đó, họ áp dụng công nghệ chiplet:

• Các module qubit/logic được sản xuất riêng lẻ như những mảnh lego.
• Sau đó được “khâu” lại với nhau bằng các kết nối chip‑tới‑chip độ trung thực cực cao, tạo thành một system‑on‑a‑chip lượng tử hoạt động như một QPU thống nhất.

Khác với cách tiếp cận hiện tại, nơi nhiều chip lượng tử được nối bằng dây siêu dẫn hoặc cáp vi sóng với độ trung thực thấp hơn, VIO‑40K luôn giữ các kết nối quan trọng ở trong biên giới của một khối đóng gói duy nhất. Điều này tối thiểu hóa nút cổ chai truyền dữ liệu giữa các die, nơi lỗi và decoherence dễ “ăn” mất mọi lợi thế của qubit. Theo cách nói của CEO Matt Rijlaarsdam, VIO không chỉ tăng số qubit; nó bỏ hẳn rào cản mở rộng đã khiến ngành lượng tử “chết dí” ở mốc 100 qubit suốt nhiều năm.

Từ demo phòng lab tới “máy lượng tử có ý nghĩa kinh tế”

Một con số như 10.000 qubit nghe rất hoành tráng, nhưng câu hỏi quan trọng hơn là: nó dịch sang thực tế như thế nào? Với khoảng 100 qubit, phần lớn máy tính lượng tử ngày nay vẫn nằm ở vùng “thao diễn thuật toán”, mô phỏng các bài toán nhỏ, chứng minh nguyên lý, làm R&D. Để chạm tới các bài toán “có ý nghĩa kinh tế” — ví dụ tối ưu danh mục đầu tư cỡ lớn, mô phỏng cấu trúc phân tử phức tạp, điều phối lưới điện — bạn cần:

1. Nhiều qubit logic hơn (nghĩa là sau khi cộng thêm overhead cho sửa lỗi, decoherence…).
2. Kết nối nội bộ qubit đủ dày và đủ sạch để chạy các mạch lượng tử sâu.

VIO‑40K, nếu vận hành đúng như hứa hẹn, sẽ đẩy QPU siêu dẫn vào vùng 10.000 qubit vật lý, tức là khoảng hai bậc độ lớn so với mặt bằng chung. Dù số qubit logic thực sự (sau sửa lỗi) sẽ thấp hơn rất nhiều, việc đi được từ trăm lên chục nghìn là điều kiện cần để:

• Bắt đầu triển khai mã sửa lỗi thực sự nghiêm túc, thay vì chỉ demo.
• Thử nghiệm các thuật toán lượng tử phức tạp hơn mức toy model.
• Đặt câu hỏi nghiêm túc về ưu thế lượng tử hữu ích (practical quantum advantage) trong một số domain cụ thể.

Không phải ngẫu nhiên mà QuantWare định vị VIO như nền tảng để “toàn bộ hệ sinh thái” có thể truy cập kiến trúc QPU siêu mở rộng mạnh nhất, thay vì là một hệ end‑to‑end đóng. Họ không muốn trở thành IBM hay Google thứ hai, mà muốn trở thành “Intel của lượng tử”:

• Bán QPU như linh kiện chuẩn.
• Để các hãng khác lo phần tủ lạnh, control stack, phần mềm, cloud…

Tham vọng thời gian: 10.000 qubit 2028 vs 2.000 qubit 2033

Một điểm khiến công bố VIO‑40K gây chú ý là timeline.

IBM, trong lộ trình chính thức, nói về QPU 2.000 qubit vào khoảng 2033 trở đi. Chưa ai dám đưa ra mốc cho 10.000 qubit. Trong khi đó, QuantWare:

• Dự kiến mở fab QPU quy mô công nghiệp tại Delft năm 2026.
• Bắt đầu giao VIO‑40K cho khách hàng vào 2028.

Fab tại Delft được mô tả là một trong những “fab lượng tử lớn nhất thế giới” và là fab đầu tiên dành riêng cho thiết bị Quantum Open Architecture (QOA) — tức là sinh ra để làm QPU cho người khác xài, chứ không khóa vào stack riêng. Dĩ nhiên, bất kỳ mốc thời gian nào trong deep‑tech cũng nên được đọc với chút hoài nghi lành mạnh. Build fab, tối ưu yield siêu dẫn, đạt uniformity trên 40.000 I/O line, giữ coherence và fidelity khi scale… đều là những bài toán cực khó. Nhưng chỉ riêng việc dám đặt mốc 10.000 qubit vào 2028 đã đủ để đẩy áp lực cạnh tranh lên các big tech đang đi chậm hơn rất nhiều trong roadmap công khai.

Giải nút cổ chai wiring: vì sao 3D + chiplet quan trọng đến vậy?

Để hiểu tại sao thiết kế của QuantWare “đánh” đúng chỗ, cần nhìn lại cấu trúc QPU siêu dẫn hiện đại:

• Mỗi qubit là một mạch siêu dẫn phải được điều khiển và đọc bằng các đường vi sóng, bias, flux…
• Tất cả những đường này phải đi qua tầng nhiệt độ cực thấp (millikelvin) và nối ra thế giới “ấm” hơn.
• Mỗi đường thêm vào là thêm công suất làm mát, thêm noise, thêm chỗ cho lỗi xảy ra.

Trong kiến trúc 2D, bạn nhanh chóng đụng hàng loạt trần vật lý: số pad trên mép wafer, giới hạn pitch, crosstalk… Để vượt trần, các hãng thường:

• Ghép nhiều die lại với nhau trong cùng một tủ lạnh.
• Nối chúng bằng cáp hoặc waveguide, vốn có độ trễ cao, noise cao hơn so với kết nối trong cùng một die.

Kết quả là: bạn có thể nói “chúng tôi có 1.000 qubit”, nhưng thực tế đó là cụm nhiều QPU nhỏ, nối với nhau bằng liên kết chất lượng “hạng 2”, khiến việc lập trình chúng như một hệ thống thống nhất trở nên cực kỳ khó.

VIO‑40K “đảo ngược” mô hình này:

• Đưa tối đa wiring vào theo chiều dọc, gần hơn với qubit.
• Ghép các chiplet bằng kết nối nội bộ siêu trung thực, tránh việc phải dùng link rời rạc.
• Biến cả khối đóng gói thành một system‑on‑a‑chip lượng tử duy nhất.

Về bản chất, đây là mang tư duy của 3D packaging và chiplet trong thế giới CPU/GPU (như AMD chiplet, Intel Foveros, Nvidia GH200…) sang domain lượng tử, với tất cả thách thức cryo đi kèm. Nếu làm được, nó giải một nút cổ chai mà chỉ cải tiến từng qubit riêng lẻ không thể chạm tới.

QOA: Chiến lược “không làm tất” để làm trung tâm hệ sinh thái

Điểm thú vị khác trong cách QuantWare định vị mình:

• Google, IBM, Microsoft đi theo hướng full‑stack:
• • Tự làm QPU, control stack, cloud layer, phần mềm, thuật toán demo…
  • Khóa chặt người dùng vào ecosystem riêng.
• QuantWare chọn hướng Quantum Open Architecture (QOA):
• • Chỉ tập trung vào QPU phần cứng.
  • Mặc định rằng khách hàng sẽ dùng controller của Qblox, phần mềm và hạ tầng của Nvidia, hoặc vendor khác.

Cách làm này có mấy hệ quả:

1. Tốc độ tích hợp cao hơn:
2. • VIO‑40K được thiết kế để plug‑and‑play với Nvidia NVQLINK, kiến trúc cho phép QPU nối trực tiếp với GPU trong hệ lai lượng tử‑cổ điển.
   • Tương thích với CUDA giúp developer không phải viết lại toàn bộ stack; họ có thể nhúng workload lượng tử như một phần trong pipeline tính toán song song quen thuộc.
2. Cơ hội trở thành “Intel của lượng tử”:
3. • Nếu QPU của QuantWare trở thành lựa chọn mặc định cho các nhà cung cấp hệ lượng tử khác (tủ lạnh, control, cloud), bản thân họ sẽ chiếm vị trí tương tự Intel/AMD trong PC: không sở hữu OS hay cloud, nhưng là “trái tim” phần cứng mà mọi người dùng.
3. Dân chủ hóa truy cập lượng tử:
4. • Các lab, startup, nhà cung cấp cloud nhỏ không cần tự R&D QPU từ đầu; họ có thể mua VIO‑40K như một module, tập trung tài nguyên vào layer mình giỏi hơn (phần mềm, thuật toán, vertical solution).

Trong bối cảnh Nvidia đang đẩy mạnh kiến trúc hybrid GPU+QPU, việc VIO‑40K tương thích sẵn với NVQLINK/CUDA càng khiến câu chuyện này có trọng lượng: bạn có thể tưởng tượng các siêu máy tính hiện tại được “gắn thêm não lượng tử” như một card tăng tốc, chứ không cần xây hẳn một trung tâm dữ liệu hoàn toàn mới.

VIO‑40K không phải “chip kỳ diệu” giải quyết mọi vấn đề của lượng tử: lỗi, decoherence, yêu cầu nhiệt độ cực thấp, thuật toán phù hợp… vẫn còn đó. Nhưng nếu tách riêng bài toán scale phần cứng siêu dẫn, đây là một trong những đề xuất táo bạo và rõ ràng nhất: dùng wiring 3D + chiplet để bẻ gãy trần 100 qubit, nhảy thẳng lên trật tự 10.000.

Nếu QuantWare thực sự giao được QPU 10.000 qubit chạy được trong 2028, VIO‑40K sẽ không chỉ là một con chip, mà là tín hiệu rằng kỷ nguyên “lượng tử hóa ở quy mô hữu ích” đang tiến nhanh hơn timeline bảo thủ của các ông lớn. Và với chiến lược QOA, họ có cơ hội không chỉ tham gia, mà còn trở thành trung tâm của hệ sinh thái này, giống cách Intel từng làm với cuộc cách mạng PC.