Bên trong con đường tới Starling của IBM: kết quả sửa lỗi tháng 11/2026 cho thấy điều gì, và chưa cho thấy điều gì

Mục tiêu: 200 qubit logic và 100 triệu phép toán

IBM cho biết hệ thống Starling của IBM Quantum, dự kiến ra mắt năm 2029, sẽ chạy các mạch gồm 100 triệu phép toán lượng tử trên 200 qubit logic. Qubit logic là một đơn vị thông tin lượng tử được bảo vệ, trải ra trên nhiều qubit vật lý để lỗi có thể được phát hiện và sửa nhanh hơn tốc độ chúng tích tụ. Bài giải thích về sửa lỗi của chúng tôi trình bày những điều cơ bản.

Thiết kế của Starling dựa trên một họ mã lượng tử kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (qLDPC) gọi là mã bivariate bicycle, được các nhà nghiên cứu IBM công bố trên Nature năm 2024. Ví dụ tiêu biểu, mã "gross" [[144,12,12]], lưu 12 qubit logic trong 288 qubit vật lý. Bài báo ước tính mã bề mặt phổ biến sẽ cần gần 3.000 qubit vật lý để đạt mức bảo vệ tương đương, với giả định tỷ lệ lỗi vật lý 0,1%. Năm 2025, IBM mô tả cách xây dựng một máy tính hoàn chỉnh từ các mã này, gọi là "kiến trúc bicycle": các mô-đun mã, mỗi mô-đun có một bộ xử lý logic, được nối bằng bộ chuyển tiếp và được cấp bởi các nhà máy trạng thái ma thuật (magic state).

Vấn đề nằm ở hệ dây dẫn. Trong sơ đồ ban đầu, mỗi qubit phải tương tác với sáu qubit khác, và một số trong đó nằm ở xa trên chip. Vì vậy, kết quả tháng 11/2026 tập trung vào bộ ghép, liên kết và chế tạo thay vì số lượng qubit.

IBM đã công bố gì ngày 11 tháng 11

IBM công bố bản cập nhật cùng với Quantum Developer Conference, cùng ngày với lộ trình Nighthawk r3 mà chúng tôi đã đưa tin riêng. Bảng dưới đây đối chiếu từng kết quả với mục tiêu IBM đặt ra cho Starling. Mọi số liệu đều do IBM công bố.

Khối xây dựng	Công bố tháng 11/2026	Yêu cầu hoặc tình trạng đối với Starling
Qubit vật lý (chip Loon)	Thời gian kết hợp (T1) khoảng 200 µs; lỗi cổng trung vị gần 0,3%	T1 ở mức mili giây; lỗi cổng ở phần thấp của dải 0,01%
Cổng tốt nhất trên các chip hiện nay	Lỗi cổng trên Heron và Nighthawk thấp tới 0,04%	Phần thấp của dải 0,01%
Bộ ghép tầm xa trên chip (c-couplers)	Hệ số phẩm chất bộ cộng hưởng trên 10 triệu; ba lớp dây dẫn thay vì hai; dài 20 mm	Theo IBM, vượt nhu cầu của Starling
Mã sửa lỗi	Mã sửa đổi cần năm kết nối mỗi qubit thay vì sáu; IBM báo cáo tỷ lệ lỗi logic thấp hơn từ 20 đến 100 lần	Mô phỏng, chưa chạy trên phần cứng
Chế tạo	Số tiếp giáp Josephson mỗi bộ xử lý giảm từ khoảng 5.000 xuống khoảng 2.000	Nhiều chip hơn có toàn bộ tiếp giáp hoạt động
Bộ giải mã	Thuật toán Relay-BP được mở rộng; chip chuyên dụng trên tiến trình 2 nm đang được phát triển	Theo IBM, thuật toán đã đáp ứng nhu cầu của Starling
Liên kết giữa chip (l-couplers)	Bốn liên kết giữa hai chip Nighthawk; lỗi trung bình khoảng 1% (tốt nhất 0,7%)	Hơn 100 liên kết mỗi mô-đun với lỗi 0,1%
Hệ thống làm lạnh sâu	Hai bình làm lạnh mô-đun được nối với nhau, làm lạnh xuống dưới 15 mK trong chưa đầy năm ngày	Tối đa 12 mô-đun làm lạnh sâu
Điện tử điều khiển	Chip điều khiển ở nhiệt độ cực thấp nay ngang bằng hoặc vượt hiệu năng cổng của điều khiển ở nhiệt độ phòng	Hướng mở rộng cho hệ dây dẫn bên trong tủ lạnh

Vì sao ít tiếp giáp hơn lại quan trọng hơn ta tưởng

Một trong những điểm kém nổi bật nhất có thể lại thực tế nhất. IBM cho biết mã sửa đổi cho phép mỗi bộ xử lý dùng khoảng 2.000 tiếp giáp Josephson thay vì khoảng 5.000. Với hiệu suất 99,95% cho mỗi tiếp giáp, IBM ước tính cứ ba bộ xử lý sẽ có một chiếc hoạt động hoàn toàn, so với một trên mười hai trước đây.

Phép tính này đúng. Nếu mọi tiếp giáp đều phải hoạt động, xác suất có một chip hoàn hảo là 0,9995 lũy thừa số tiếp giáp. Kết quả là khoảng 8% với 5.000 tiếp giáp và khoảng 37% với 2.000, tức cải thiện hơn bốn lần. Với một cỗ máy cần nhiều mô-đun giống hệt nhau, hiệu suất chế tạo là vấn đề chi phí và tiến độ không kém gì vấn đề vật lý.

Mắt xích yếu nhất đúng nghĩa đen là liên kết

Starling có cấu trúc mô-đun: các bộ xử lý trên những chip và bình làm lạnh riêng biệt phải trao đổi trạng thái lượng tử. Kết quả l-couplers của IBM là thước đo rõ ràng nhất về mức tiến bộ. Trong một bài viết kỹ thuật riêng (xem bài đưa tin trước đây của chúng tôi), IBM cho biết đã nối hai bộ xử lý Nighthawk bằng bốn l-couplers qua cáp đồng trục nhôm dài 80 cm. Việc truyền trạng thái qua các liên kết đạt trung bình 99%, tốt nhất 99,3%. Một cổng hai qubit thực hiện giữa hai chip đạt độ trung thực trung bình 94,75% trên bốn liên kết, thấp hơn nhiều so với cổng trên chip.

Nhận bản tin DesignQuantum^™

Tin tức và bài giải thích miễn phí về điện toán lượng tử, kèm liên kết đến các nguồn chúng tôi sử dụng. Chọn nhận hằng ngày, hằng tuần hoặc hằng tháng.

Trang web

Địa chỉ email Tần suấtHằng ngàyHằng tuầnHằng tháng Ngôn ngữEnglishEspañol简体中文हिन्दीالعربيةPortuguês (Brasil)FrançaisDeutsch日本語Русский한국어Bahasa IndonesiaTürkçeItalianoTiếng ViệtPolskiNederlandsไทยفارسیУкраїнськаবাংলাاردوKiswahiliBahasa Melayuעברית Đăng ký miễn phí

Miễn phí. Hủy đăng ký bằng một cú nhấp bất cứ lúc nào. Chính sách quyền riêng tư

Có một điểm chênh lệch nhỏ đáng lưu ý. Tài liệu viết của IBM đưa ra 99,3% là kết quả liên kết tốt nhất, trong khi Ars Technica dẫn lời Oliver Dial của IBM nói con số lên tới 99,4%. Dù thế nào, mục tiêu của chính IBM cho Starling là lỗi liên kết 0,1%, tốt hơn khoảng mười lần so với mức trung bình hiện nay. Starling cũng cần hơn 100 liên kết như vậy cho mỗi mô-đun, trong khi bản trình diễn này có bốn.

Việc triển khai các chip liên kết cũng chậm lại. Lộ trình tháng 3/2026 của IBM dự kiến tới ba mô-đun Nighthawk 120 qubit liên kết với nhau (360 qubit) trong năm 2026. Ars Technica cho biết kế hoạch đã giảm từ chín chip liên kết xuống còn hai, và hệ thống hai chip đầu tiên, dựng từ các bộ xử lý Nighthawk r3 520 qubit, nay được dự kiến vào năm 2027.

Giải mã: một tuyên bố cần đọc kỹ

Sửa lỗi chỉ hoạt động nếu một bộ giải mã cổ điển có thể xác định, theo thời gian thực, những lỗi nào đã xảy ra từ luồng kết quả đo. Bộ giải mã Relay-BP của IBM, được mô tả trong một bản tiền ấn phẩm năm 2025, là phương pháp truyền thông điệp gọn nhẹ được thiết kế để chạy trên FPGA hoặc chip chuyên dụng. Trong mô phỏng, nó vượt một bộ giải mã tiêu chuẩn (BP+OSD) trên mã bivariate bicycle. Bản tiền ấn phẩm ước tính ngân sách khoảng 600 vòng lặp để giải mã một mạch 12 chu kỳ với một micro giây mỗi chu kỳ.

IBM nay nói Relay-BP đã đáp ứng yêu cầu của Starling và đang thiết kế một chip giải mã chuyên dụng trên tiến trình 2 nm. Đó là một tuyên bố mạnh về một thuật toán, nhưng dựa trên mô phỏng. Một bộ giải mã theo kịp bộ nhớ logic đang chạy trên phần cứng thật là một cột mốc khác. Lộ trình tháng 3 của IBM hứa hẹn một nguyên mẫu bộ giải mã trong năm 2026, còn tài liệu tháng 11 mô tả con chip vẫn đang được phát triển.

Một canh bạc mở rộng quy mô khác

Không phải công ty qubit siêu dẫn nào cũng đi cùng một hướng. Ngày 10 tháng 11, Rigetti Computing báo cáo độ trung thực trung vị của cổng hai qubit đạt 99,5% trên hệ thống Cepheus 108 qubit, được ghép từ mười hai chiplet chín qubit. Rigetti cho biết họ dự định mở rộng bằng cách đưa nhiều qubit hơn vào một tủ lạnh pha loãng duy nhất thay vì nối mạng nhiều tủ lạnh. IBM đặt cược vào các bình làm lạnh liên kết. Cả hai chiến lược đều dựa trên số liệu do chính các công ty công bố, và chưa bên nào chứng minh được tính toán có sửa lỗi ở quy mô lớn.

Thổi phồng và thực chất

• Thực chất: IBM công bố số liệu cấp linh kiện cùng mục tiêu rõ ràng, giúp tiến bộ đo lường được. Hệ số phẩm chất của c-couplers, phép tính hiệu suất tiếp giáp và việc tích hợp bình làm lạnh là những bước kỹ thuật cụ thể.
• Chưa được chứng minh: các tài liệu tháng 11 mà chúng tôi xem xét không báo cáo bộ nhớ logic qLDPC chạy trên phần cứng lớp Loon với giải mã thời gian thực. Lộ trình của IBM cho biết một bộ xử lý tên Kookaburra sẽ trình diễn một mô-đun Starling (một bộ xử lý logic cộng bộ nhớ); bản trình diễn đó chưa được báo cáo là hoàn tất.
• Khoảng cách còn lớn: lỗi cổng trung vị của Loon (khoảng 0,3%) cao hơn mục tiêu của Starling hơn mười lần, còn lỗi liên kết cao gấp khoảng mười lần, với số liên kết ít hơn 25 lần so với nhu cầu của một mô-đun.
• Tiết kiệm dựa trên mô hình: tuyên bố rằng Starling cần ít hơn khoảng mười lần số qubit vật lý so với các thiết kế chịu lỗi khác phụ thuộc vào mô hình nhiễu, như tỷ lệ lỗi vật lý 0,1% dùng trong bài báo năm 2024.
• Tự báo cáo: phần lớn số liệu này đến từ bài blog và tài liệu báo chí của IBM, không phải bài báo đã qua bình duyệt. Hãy xem đây là trình bày của công ty cho tới khi có kết quả độc lập.

Những điều cần theo dõi

Bốn tín hiệu sẽ cho thấy mốc 2029 có giữ được hay không: một bản trình diễn trên phần cứng của bộ nhớ logic dùng mã bivariate bicycle với giải mã thời gian thực; lỗi l-couplers giảm dần về 0,1% khi số liên kết tăng; việc bàn giao hệ thống hai chip Nighthawk r3 vào năm 2027; và mục tiêu của Genesis Mission thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, được IBM dẫn lại, là 100 qubit logic chạy 100.000 phép toán khó vào cuối năm 2028. Để biết cách đánh giá những tuyên bố như vậy, hãy xem hướng dẫn của chúng tôi về cách đọc một thông báo về điện toán lượng tử.