Kỉ lục làm vướng víu 14 qubit

Chuỗi 14 ion bị bẫy và vướng víu. (Ảnh: Đại học Innsbruck).

Các nhà vật lí ở Áo vừa phá kỉ lục về các bit lượng tử - hay qubit - vướng víu có thể một ngày nào đó sẽ hình thành nên nền tảng của máy tính lượng tử. Phá vỡ kỉ lục trước đây của họ làm vướng víu 8 qubit, lần này các nhà nghiên cứu làm vướng víu thành công 14 qubit ion calcium.

Điện toán lượng tử khai thác các định luật kì lạ của ngành vật lí lượng tử để xử lí những phép tính nhất định, thí dụ như tìm kiếm hoặc phân tích thành thừa số, nhanh hơn nhiều so với bất kì máy vi tính nào ngày nay. Trong khi các bit thông tin bình thường chỉ có thể nhận giá trị 0 hoặc 1, thì một qubit của máy tính lượng tử tồn tại trong một sự chồng chất hỗn hợp cả hai trạng thái. Sự bất định này cho phép mọi số qubit, N, kết hợp lại với nhau – hay nói theo ngôn ngữ lượng tử là “bị vướng víu” – biểu diễn 2N kênh hoạt động, và sau đó xử lí song song nhau.

Hồi năm 2005, một nhóm nhà nghiên cứu đứng đầu là Rainer Blatt tại trường Đại học Innsbruck ở Áo đã lập một kỉ lục mới với việc làm vướng víu 8 qubit ion calcium trong một cái bẫy điện từ. Chỉ riêng 8 bit đó đã biểu diễn 28 hay 256 kênh và do đó cho phép một phép tính mà một máy tính bình thường mất một tuần để xử lí được thực hiện chỉ trong vài ba giây đồng hồ.

16.384 kênh

Nay nhóm của Blatt một lần nữa đã phá kỉ lục vướng víu, lần này với 14 qubit, hay tương đương 16.384 kênh. “Nếu người ta muốn tính toán cơ sở động lực học của một hệ như vậy, thì chuyện đó tựa như việc cho phản xạ một quả cầu trong 16.384 chiều không gian”, phát biểu của Thomas Monz, một thành viên của nhóm Blatt. “Những phép tính như vậy trên máy tính cổ điển vẫn là có thể nhưng, tùy thuộc vào hệ thống lượng tử đang nghiên cứu, có thể mất nhiều thời gian tính toán... Đối với các siêu máy tính hiện nay, các mô phỏng [bị hạn chế] đến cỡ 43 qubit”.

Đội Innsbruck đã thực hiện sự vướng víu bằng cách dùng ánh sáng laser thao tác trên 14 ion calcium bên trong một cái bẫy điện từ. Khi họ chiếu laser lên trên các hạt, spin của chúng trở nên tương quan theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ, tạo ra một đơn vị kết hợp.

“Đây là một thí nghiệm rất đẹp, nó cho thấy ưu thế của nhóm Innsbruck trong sự thao tác với những hệ lượng tử phức tạp”, phát biểu của Serge Haroche, một nhà vật lí tại trường Collège de France ở Paris.

Tác dụng phụ không mong muốn

Nhưng nhóm của Blatt còn tìm thấy một tác dụng phụ không mong muốn của sự vướng víu đó. Thông thường, sự vướng víu phân hủy theo kiểu tuyến tính, nghĩa là sự nhiễu từ ngoài sẽ phá hủy sự vướng víu trong một quá trình “mất kết hợp” ở tốc độ tỉ lệ với số qubit. Tăng gấp đôi số qubit thì sự mất kết hợp sẽ diễn ra nhanh gấp đôi. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu nhận thấy trong hệ của họ, tốc độ mất kết hợp tỉ lệ với bình phương số qubit – nói cách khác, nó diễn ra nhanh hơn nhiều.

Cái gọi là “siêu mất kết hợp” này đã được quan sát thấy trước đây, nhưng không thấy “trong một hệ dành riêng cho sự triển khai điện toán lượng tử”, Hennrich nói. Nó có thể mang lại thách thức cho các nhà nghiên cứu hi vọng sử dụng nhiều ion cho sự điện toán lượng tử.

Tuy nhiên, thí nghiệm trên thật sự cho thấy các quy luật vật lí lượng tử thật sự áp dụng được, thậm chí cho 14 hạt. Điều này là quan trọng vì nhiều nhà vật lí, đáng chú ý là Erwin Schrödinger, lo ngại không biết có một số dạng quy luật vật lí mới thúc đẩy sự chuyển tiếp từ thế giới lượng tử, thế giới của cái nhỏ, sang thế giới cổ điển, thế giới của cái lớn, hay không.

Công trình trên “cho thấy rằng ở mức độ 14 hạt vướng víu, không có bằng chứng nào của nền vật lí chưa biết đang tạo ra sự chuyển tiếp lượng-tử-sang-cổ-điển mà Schrödinger và nhiều nhà khoa học khác đã lo lắng”, phát biểu của Dietrich Leibfried, một nhà vật lí lượng tử tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mĩ ở Colorado. “Sự mất kết hợp của tới 14 spin vướng víu có thể hoàn toàn giải thích bằng những nguồn nhiễu đơn giản có mặt trong nghiên cứu thực nghiệm hiện nay”.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Phys. Rev. Lett. 106 130506.

Nguồn: 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
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 90)
25/05/2020
Đồng hồ tròn năm 1841 Những đồng hồ đầu tiên không có kim phút. Kim phút chỉ trở nên quan trọng cùng với sự phát triển
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 89)
25/05/2020
Định luật Joule về sự tỏa nhiệt do dòng điện 1840 James Prescott Joule (1818-1889)   Các bác sĩ phẫu thuật thường ăn
Câu chuyện phát minh laser: Và thế là có ánh sáng!
22/05/2020
Kỉ niệm 60 năm laser ra đời. Bài của Pauline Rigby trên tạp chí Physics World, số tháng 5/2020. Cuộc đua chế tạo laser đã khởi
Tìm hiểu nhanh về Vật chất (Phần 9-Hết)
21/05/2020
Chương 9 Vật chất tối và năng lượng tối Khi chúng ta nhìn vào không gian sâu thẳm với kính thiên văn của mình, chúng ta nhìn
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 100-Hết)
19/05/2020
Oganesson Việc tạo ra các nguyên tố siêu nặng mới là một bài tập thực hành trong việc theo đuổi bóng ma nguyên tử. Những
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 99)
19/05/2020
Moscovium Món chén Thánh của nghiên cứu nguyên tố siêu nặng là định vị cái gọi là các hòn đảo ổn định. Đây là những
Galileo và bản chất của khoa học vật lí
13/05/2020
3.1 Giới thiệu Có ba câu chuyện được kể lại. Chuyện thứ nhất kể Galileo là một nhà triết học tự nhiên. Không giống
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 50)
12/05/2020
15. NHỮNG CHỈ TRÍCH ĐANG QUY KẾT Năm 2000, một cuộc tranh cãi dữ dội nổ ra trong cộng đồng khoa học. Một trong những người

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