Mô phỏng về 16 trạng thái lượng tử của nguyên tử
antimon (Ảnh: UNSW Sydney)Trong khi máy tính truyền thống có thể xử lý và lưu trữ
thông tin ở dạng 0 hoặc 1 thì máy tính lượng tử có thể làm điều tương tự cộng với
sự chồng chất của cả hai trạng thái cùng lúc. Điều này mang lại cho chúng sức mạnh
lớn hơn theo cấp số nhân khi bạn thêm các bit lượng tử (qubit), cho phép chúng
giải quyết các vấn đề đơn giản là quá phức tạp đối với máy thông thường.
Vấn đề là việc điều khiển các qubit đó có thể rất khó khăn,
đặc biệt khi máy tính lượng tử bắt đầu sử dụng ngày càng nhiều qubit. Nay các
nhà khoa học tại Đại học New South Wales (UNSW) Sydney vừa chỉ ra cách dữ liệu
có thể được ghi vào một qubit – trong trường hợp này là một nguyên tử – theo 4
cách khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu của mỗi lần.
Nguyên tử được nói đến là một nguyên tố gọi là antimon, có
thể được cấy vào một con chip silic để thay thế một trong các nguyên tử silic.
Nguyên tử nặng này được chọn cho công việc đó vì hạt nhân của nó đã chứa 8 trạng
thái lượng tử riêng biệt có thể dùng để mã hóa dữ liệu lượng tử. Thêm vào đó,
nó có một electron mà bản thân nó có 2 trạng thái lượng tử, làm tăng gấp đôi tổng
số được cung cấp trong nguyên tử antimon lên 16 (mỗi trạng thái trong số 8 trạng
thái ban đầu, lần lượt ghép nối với 1 trong 2 trạng thái của electron). Nếu muốn
sử dụng các vật liệu khác để tạo ra một máy tính lượng tử với 16 trạng thái, bạn
sẽ cần 4 qubit được ghép nối với nhau.
Nhưng bước đột phá thực sự của nghiên cứu này là ở cách
nhóm nghiên cứu có thể xử lý dữ liệu trên nguyên tử bằng 4 phương pháp khác
nhau. Electron có thể được điều khiển bằng từ trường dao động. Phương pháp cộng
hưởng từ, giống như phương pháp được sử dụng trong máy chụp MRI, có thể điều
khiển spin của hạt nhân nguyên tử. Một điện trường cũng có thể được sử dụng để
điều khiển hạt nhân. Và cuối cùng, một kỹ thuật được gọi là “mạch lật qubit”
cho phép hạt nhân và electron được điều khiển đối lập nhau với sự trợ giúp của
điện trường.
Nhóm nghiên cứu cho biết nghiên cứu này sẽ giúp làm cho máy
tính lượng tử có mật độ “dày đặc hơn”, nhồi nhét nhiều qubit hơn vào một không
gian nhỏ hơn.
Giáo sư Andrea Morello, tác giả dẫn đầu của nghiên cứu cho
biết: “Chúng tôi đang đầu tư vào một công nghệ khó hơn, chậm hơn nhưng vì những
lý do rất chính đáng, một trong số đó là mật độ thông tin cực cao mà nó có thể
xử lý. Hoàn toàn có thể đặt 25 triệu nguyên tử trên 1 mm2, nhưng bạn phải kiểm
soát từng nguyên tử một. Việc có thể linh hoạt thực hiện điều đó với từ trường,
điện trường hoặc bất kỳ sự kết hợp nào của chúng sẽ mang lại cho chúng tôi nhiều
lựa chọn để sử dụng khi mở rộng quy mô hệ thống”.
Tiếp theo, nhóm dự định sử dụng những nguyên tử này để mã
hóa các qubit logic, cuối cùng có thể mở đường cho các máy tính lượng tử thực tế
hơn.
LH (UNSW)