Quantum Machines và NVIDIA chạy CUDA-Q trên qubit thực, GPU và CPU qua NVQLink

Cột mốc được trình diễn là gì?

Tại IEEE Quantum Week 2026 ở Toronto, Quantum Machines và NVIDIA cho biết họ đã vận hành một ứng dụng NVIDIA CUDA-Q đầu cuối trên qubit thực, phần cứng điều khiển Pulse Processing Unit của Quantum Machines, GPU và CPU, với NVIDIA NVQLink làm cầu nối. Điểm đáng chú ý không nằm ở một phép toán lượng tử riêng lẻ, mà ở cách bộ xử lý lượng tử và tầng điều khiển cổ điển được vận hành như các thành phần trong cùng một hệ thống tính toán dị thể có thể lập lịch. 1015

Theo mô tả từ doanh nghiệp và báo chí chuyên ngành, đây là lần đầu một công ty chuyên điều khiển lượng tử chạy chương trình CUDA-Q đầu cuối theo kiểu này trên các tài nguyên nói trên. Tuy vậy, đây vẫn là tuyên bố về cột mốc từ phía công ty và nguồn tin ngành, chưa phải chuẩn đánh giá độc lập cho toàn ngành. Con số trao đổi đo đạc–điều khiển khoảng một microgiây cũng cần được xác minh độc lập. 1015

Qubit, GPU và CPU chia việc ra sao?

Ý tưởng thực tế là để một chương trình lai nhận biết loại tài nguyên cần dùng và giao đúng việc cho đúng nơi:

• Qubit thực và bộ điều khiển lượng tử thực hiện các thao tác lượng tử cùng điều khiển thời gian thực.
• GPU xử lý các tác vụ cổ điển nặng về tính toán, nhạy với độ trễ, chẳng hạn giải mã dữ liệu đo đạc phục vụ sửa lỗi lượng tử.
• CPU đảm trách công việc phía máy chủ và điều phối tổng quát.

NVQLink được thiết kế như giao diện thời gian thực có độ trễ xác định, kết nối bộ điều khiển hệ thống lượng tử với các tài nguyên tính toán hiệu năng cao. Mục tiêu là đưa những tác vụ trực tuyến như xử lý sửa lỗi lượng tử vào thẳng vòng vận hành, thay vì phải ghép nối thủ công thành một quy trình riêng. 115

Vì sao cách lập trình này đáng chú ý?

Với nhà phát triển dùng Python, C++ hoặc ngôn ngữ QUA của Quantum Machines, lời hứa của mô hình này là một cách mô tả khối lượng công việc lai ở mức cao hơn. Thay vì tự viết và đồng bộ các chuỗi điều khiển xung ở mức thấp, quá trình bàn giao giữa bộ xử lý, truyền dữ liệu và các đường phản hồi, họ có thể biểu đạt công việc trong một luồng lấy CUDA-Q làm trung tâm; hệ thống sẽ phân phối tác vụ sang tài nguyên lượng tử hoặc cổ điển phù hợp. 15

Điều đó không làm biến mất độ phức tạp của phần cứng. Nó chuyển thêm phần phối hợp ấy vào tầng điều khiển, biên dịch và điều phối — khác biệt quan trọng với các nhóm muốn xây dựng ứng dụng có thể lặp lại, thay vì mỗi lần lại tích hợp thủ công theo kiểu phòng thí nghiệm.

Vì sao phản hồi cỡ microgiây quan trọng với sửa lỗi lượng tử?

Sửa lỗi lượng tử đòi hỏi một vòng khép kín rất nhanh: đo các hội chứng lỗi (dấu hiệu dùng để suy ra lỗi), giải mã kết quả đo bằng tính toán cổ điển, rồi áp dụng hoặc lên lịch hành động hiệu chỉnh trước khi trạng thái lượng tử mất đi tính hữu ích. Kiến trúc NVQLink của NVIDIA nhắm tới việc ghép chặt điều khiển lượng tử với tài nguyên HPC — tức tính toán hiệu năng cao — cho sửa lỗi lượng tử trực tuyến và các tác vụ thời gian thực nặng về tính toán. 1

Quantum Machines và NVIDIA báo cáo rằng màn trình diễn đã trao đổi dữ liệu đo và quyết định điều khiển trong khoảng một microgiây. Mục tiêu độ trễ này có ý nghĩa vì các bước giải mã hoặc tối ưu hóa dựa trên CPU và GPU phải hoàn tất trong “ngân sách thời gian” mà phần cứng lượng tử và hệ điều khiển cho phép. 101315

Tầm nhìn lớn hơn: QPU như một tài nguyên của siêu máy tính

Màn trình diễn củng cố một lập luận về kiến trúc: các bộ xử lý lượng tử (QPU) trong tương lai có thể không còn vận hành như thiết bị biệt lập, mà trở thành bộ tăng tốc chuyên dụng bên trong các siêu máy tính kết hợp lượng tử–cổ điển.

Quantum Machines mô tả cấu trúc phân tầng gồm: bộ điều khiển lượng tử cho phản hồi nhanh; máy chủ CPU–GPU có độ trễ được giới hạn cho hiệu chuẩn, tối ưu hóa và giải mã sửa lỗi; và các hệ HPC lớn hơn để lập lịch cho khối lượng công việc ứng dụng rộng hơn. 6 Chương trình IEEE Quantum Week của NVIDIA cũng đặt máy tính lượng tử chịu lỗi trong bài toán cấp hệ thống, bao gồm QPU, ngăn xếp phần mềm, tính toán tăng tốc và vận hành thời gian thực. 2

Theo mô hình này, câu hỏi không phải mọi việc có nên chạy trên QPU hay không, mà là mỗi việc có được giao cho tài nguyên hoàn thành nó trong mức độ trễ yêu cầu hay không.

Tầng điều khiển vẫn là phần không thể thiếu

Song hành với màn trình diễn tích hợp, Quantum Machines tập trung vào quy trình hiệu chuẩn và thiết kế hệ thống chịu lỗi. Chương trình chính thức của IEEE Quantum Week có bài phát biểu của Quantum Machines mang tên “From Pulse to Platform: Control Layer for FTQC”; FTQC là viết tắt của máy tính lượng tử chịu lỗi. NVIDIA cũng có phiên thảo luận về thiết kế siêu máy tính lượng tử tăng tốc cho kỷ nguyên chịu lỗi. 11

Thông điệp ở đây khá rõ: cải thiện qubit thôi là chưa đủ. Để xây dựng hệ thống chịu lỗi, tầng điều khiển, bộ tăng tốc cổ điển, phần mềm điều phối và đường phản hồi cũng phải cùng mở rộng.

Hiện tại, sự kiện tại Toronto nên được xem là một bằng chứng về khả năng tích hợp. Nó cho thấy một quy trình dựa trên CUDA-Q có thể kết nối phần cứng lượng tử thực với CPU và GPU qua NVQLink; bản thân màn trình diễn chưa chứng minh đã có một máy tính lượng tử chịu lỗi, sẵn sàng cho môi trường sản xuất. 1015