Làm vướng víu thành công 10 tỉ qubit

 

Hình minh họa một spin hạt nhân phospho bị vướng víu với spin electron liên kết của nó. Các trạng thái bị vướng víu được gọi là “không thể chia tách”, vì người ta không thể nào mô tả trạng thái của spin hạt nhân mà không đồng thời mô tả trạng thái của spin electron. (Ảnh: Stephanie Simmons)

Một nhóm nghiên cứu quốc tế khẳng định đã tiến thêm một bước thiết yếu hướng đến sự điện toán lượng tử gốc silicon bằng cách làm vướng víu 10 tỉ bit lượng tử, hay “qubit”, giống hệt nhau, bên trong một tinh thể silicon. Đây là lần đầu tiên “sự vướng víu tập thể” được chứng minh ở một dụng cụ bán dẫn.

Trong khi máy tính thông thường lưu trữ dữ liệu dưới dạng các “bit” với giá trị 1 hoặc 0, thì trong điện toán lượng tử, dữ liệu được lưu trữ dưới dạng “qubit”, chúng có thể nhận nhiều hơn một giá trị đồng thời. Qubit là những trạng thái lượng tử lưu trữ trong các photon hay các hạt có thể trở nên “vướng víu” với các trạng thái lượng tử khác, cho phép chúng truyền thông tin tức thời bất kể chúng ở xa nhau bao nhiêu.

Kết quả là máy tính lượng tử có tiềm năng lưu trữ và xử lí những lượng dữ liệu khổng lồ ở những tốc độ chưa có tiền lệ. Điều này có thể cho phép chúng xử lí những bài toán nằm ngoài tầm với của những máy tính điện tử mạnh nhất hiện nay, như việc mô phỏng các quá trình sinh học phức tạp và các hiện tượng kì lạ từ chính thế giới lượng tử.

Một cách tiếp cận điện toán lượng tử có triển vọng là pha tạp chất vào silicon, tạp chất có thể cho đi các electron độc thân vào silicon. Bằng cách này, thông tin lượng tử có thể lưu trữ trong trạng thái spin của electron lẫn hạt nhân cho và những hạt này có thể bị vướng víu để trở thành các cặp qubit. Một lợi thế lớn của phương pháp này là silicon hiện đã được sử dụng bởi ngành công nghiệp máy tính nên nhiều quá trình chế tạo đã có sẵn.

Độ tin cậy cao

Stephanie Simmons tại trường Đại học Oxford, và một đội quốc tế, vừa chứng minh nguyên lí của phương pháp này với việc tạo ra các qubit bằng cách pha tạp các nguyên tử phospho vào một tinh thể silicon. Bằng cách làm lạnh chất liệu của họ xuống đến 3 K và đặt chúng trước các xung vô tuyến và vi sóng, Simmons và các đồng nghiệp của bà đã có thể tạo ra 1010 cặp electron và hạt nhân phospho vướng víu trong cái họ gọi là một “dàn đồng diễn spin”. Họ xác nhận sự vướng víu đến độ tin cậy 98% qua sự phát xạ vi sóng từ tinh thể silicon.

Tinh thể nhỏ màu xám này của silicon-28 đã làm giàu cao được pha tạp với các nguyên tử phospho, và chứa 10 tỉ cặp qubit spin, từng cặp một bị vướng víu đồng thời với nhau. Các chữ cái phông nền khắc trên một đồng 1 penny Anh quốc. (Ảnh: Stephanie Simmons)

“Chúng tôi vừa tạo ra hàng ti bản sao của cùng một thông tin lượng tử trong đó mọi spin hành xử theo kiểu giống nhau”, Simmons nói. Bà cho biết một phần lợi thế của việc tạo ra nhiều bản sao như vậy là để khuếch đại thông tin lượng tử, cho phép các nhà nghiên cứu dễ dàng xác nhận các hạt thật ra có bị vướng víu hay không.

Jeremy O'Brien, một nhà nghiên cứu thông tin lượng tử tại trường Đại học Bristol, tán thành rằng đây là một phát triển quan trọng. Ông bổ sung thêm rằng điều quan trọng là chứng minh khả năng tương tự đối với một hệ spin hạt nhân phospho-electron. “Việc điều khiển và đọc ra từng hạt sẽ là thiết yếu đối với sự điện toán lượng tử, cũng như với khả năng làm vướng víu nhiều hệ spin với nhau”, ông nói. “Bạn muốn trạng thái của một hệ spin ảnh hưởng đến trạng thái của hệ kia để có thể khai thác thật sự sức mạnh của máy tính lượng tử”.

Simmons cho biết nhóm của bà hiện đang nghiên cứu các phương pháp truyền tải thông tin và một phương pháp là gửi các xung điện có điều khiển qua chất liệu để làm các qubit electron chuyển động vật lí. Bà cho biết cá nhân bà bị thôi thúc bởi khả năng điện toán lượng tử và hiệu suất cải thiện mà nó có thể mang lại cho các nghiên cứu khoa học như nghiên cứu sự gấp nếp protein – một quan trọng then chốt trong nhiều tương tác sinh học.

Nghiên cứu này công bố trên tạp chí Nature.

Theo James Dacey – physicsworld.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 60)
11/11/2019
Định luật Coulomb về Tĩnh điện 1785 Charles-Augustin Coulomb (1736–1806) “Chúng ta gọi ngọn lửa của đám mây đen ấy là
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 59)
11/11/2019
Lỗ đen 1783 John Michell (1724-1793), Karl Schwarzschild (1873-1916), John Archibald Wheeler (1911-2008), Stephen William Hawking (1942-2018) Các nhà
Chuyển động của các hành tinh đặt ra giới hạn mới lên khối lượng graviton
11/11/2019
Có thể dùng chuyển động của các hành tinh để đưa ra ước tính tốt nhất cho giới hạn trên của khối lượng graviton – một
Đi tìm nguồn gốc của khái niệm du hành thời gian
10/11/2019
Giấc mơ du hành xuyên thời gian vốn đã xưa cũ và ở đâu cũng có. Thế nhưng niềm hứng khởi của con người đối với sự du
Thorium decahydride siêu dẫn ở 161 K
09/11/2019
Một nhóm nhà khoa học, dưới sự chỉ đạo của Artem Oganov ở Skoltech và Viện Vật lí và Công nghệ Moscow, và Ivan Troyan ở Viện
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 92)
09/11/2019
Các kiểu máy tính lượng tử Các nhà vật lí đang phát triển máy tính lượng tử không kì vọng chế tạo được ngay một mẫu
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 91)
09/11/2019
Điện toán lượng tử Máy tính lượng tử hứa hẹn làm thay đổi thế giới theo những cách mà chúng ta không thể hình dung nổi.
Định luật Coulomb về tĩnh điện (Phần 2)
08/11/2019
Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806), nhà vật lí Pháp nổi tiếng với định luật mô tả lực tương tác giữa hai điện tích

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com