Hila Safi | Nhà phát minh của năm | Tiến sĩ
Máy tính lượng tử hứa hẹn giải quyết các vấn đề mà máy tính cổ điển đơn giản là không thể xử lý. Về lý thuyết. Tuy nhiên, trên thực tế, chúng cực kỳ tinh tế: Một chiếc xe tải đi qua, tiếng vo ve đột ngột từ điều hòa không khí hoặc thậm chí đèn được bật trong phòng liền kề có thể khiến hệ thống phản ứng nhạy cảm với những thay đổi của môi trường. Đó là lý do tại sao các thiết bị này cho đến nay đã được giới hạn trong các phòng thí nghiệm chuyên môn cao, được che chắn như bệnh nhân được chăm sóc đặc biệt. Đối với các công ty nhằm tích hợp máy tính lượng tử vào môi trường sản xuất, điều này đặt ra một thách thức đáng kể.
Hila Safi, cùng với các đồng nghiệp của mình, đã đi tiên phong trong một giải pháp đột phá cho vấn đề này, mang lại cho cô Giải thưởng Nhà phát minh của năm 2025 ở hạng mục “Tiến sĩ”. Sự đổi mới của họ là một sinh đôi kỹ thuật số được thiết kế để mô phỏng chính xác cách một máy tính lượng tử sẽ hoạt động và được tích hợp vào một môi trường công nghiệp điển hình. “Với cặp song sinh kỹ thuật số này, chúng ta có thể vận hành máy tính lượng tử trong môi trường thực - an toàn, ổn định và đáng tin cậy”, ứng cử viên tiến sĩ tại Đại học Khoa học Ứng dụng Regensburg giải thích.
Máy tính lượng tử dựa vào qubit - các đơn vị cơ lượng tử cơ bản của thông tin. Qubit đại diện cho trạng thái của một hệ thống vật lý, hoạt động như một chất mang thông tin và tận dụng các hiện tượng lượng tử như chồng chất và vướng víu.
Những trạng thái vật lý này cực kỳ mong manh. Ngay cả những nhiễu loạn tối thiểu, chẳng hạn như trường điện từ hoặc những thay đổi tinh tế trong cấu trúc phòng, cũng có thể làm hỏng các tính toán. Mặc dù có thể quản lý được trong môi trường phòng thí nghiệm được kiểm soát, nhưng những yếu tố này đặt ra một thách thức đáng kể trên sàn nhà máy.
Safi giải thích: “Hoạt động đáng tin cậy của máy tính lượng tử thực sự phụ thuộc vào môi trường xung quanh nó. “Ngay cả những rung động nhỏ hoặc thay đổi nhiệt độ cũng có thể gây ra lỗi, đó là lý do tại sao việc mô phỏng và hiểu những hiệu ứng này từ sớm là rất quan trọng.” Cho đến nay, ngành công nghiệp vẫn chưa tìm thấy các hệ thống lượng tử đủ đáng tin cậy. Nếu không có kết quả mạnh mẽ và có thể dự đoán được, việc sử dụng chúng trong kinh doanh là quá rủi ro. Nhiều câu hỏi về việc đặt chúng ở đâu, chúng sẽ ổn định như thế nào và tính hữu dụng tổng thể của chúng khiến các công ty khó quyết định có nên đầu tư hay không và ở đâu.
Đây chính xác là nơi mà cặp song sinh kỹ thuật số sáng tạo của Safi mang đến một bước đột phá. Nó hầu như sao chép một máy tính lượng tử và môi trường hoạt động dự định của nó trước khi cài đặt vật lý. Mô hình tích hợp dữ liệu từ các cảm biến môi trường, thống kê lỗi và mô phỏng các nguồn nhiễu tiềm ẩn với các đặc tính phần cứng đã biết.
Cách tiếp cận chủ động này cho phép các câu hỏi quan trọng được trả lời trước: Máy tính lượng tử có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường công nghiệp không? Những loại lỗi nào được dự đoán? Chúng sẽ làm giảm chất lượng máy tính đáng kể như thế nào? Và những biện pháp nào, chẳng hạn như tăng cường che chắn, vị trí thay thế hoặc hiệu chuẩn thích ứng, sẽ được yêu cầu để ổn định hệ thống?
Ví dụ, hãy xem xét một phòng sản xuất nơi robot vận chuyển đang được sử dụng, các nhà máy sản xuất tạo ra rung động và đường dây điện tạo ra trường nhiễu điện từ. Bộ đôi kỹ thuật số mô phỏng tác động chính xác của các yếu tố này đối với sự ổn định của qubit, tiết lộ tỷ lệ lỗi sẽ có thể chấp nhận được ở đâu và quan trọng là nơi chúng không thể chấp nhận được. Hơn nữa, bộ đôi vẫn hoạt động trong quá trình hoạt động: Nếu môi trường thay đổi do sửa đổi cấu trúc hoặc sự ra đời của máy móc mới, các cảm biến sẽ phát hiện những thay đổi này và đánh giá tác động tiềm ẩn của chúng.
Nhờ có cặp song sinh kỹ thuật số, các công ty cuối cùng đã có dữ liệu đáng tin cậy để hướng dẫn các quyết định của họ về điện toán lượng tử công nghiệp. Bây giờ họ có thể đánh giá đầy đủ rủi ro trước khi đầu tư nhiều tiền và hiểu rõ những gì cần thiết để làm cho hệ thống hoạt động ổn định.
Như Safi giải thích, “Trong nghiên cứu của mình, tôi khám phá sự đồng phát triển của các thuật toán lượng tử và phần cứng để giải quyết các thách thức công nghiệp và tối ưu hóa phức tạp mà không thể giải quyết hoặc không hiệu quả cao đối với các phương pháp cổ điển. Điều này liên quan đến việc xác định các lớp vấn đề phù hợp duy nhất cho tính toán lượng tử và phát triển các phương pháp tiếp cận mô hình hóa hiệu quả.
Bộ đôi kỹ thuật số của cô thu hẹp hiệu quả khoảng cách quan trọng giữa nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng thực tế. Để máy tính lượng tử di chuyển thành công khỏi các phòng thí nghiệm chuyên biệt và vào môi trường công nghiệp thực sự, chúng cần trở nên ổn định, có thể mở rộng và đáng tin cậy như các hệ thống CNTT mà chúng ta sử dụng hàng ngày.
Hila Safi | Nhà phát minh của năm | Tiến sĩ