Khắc phục rào cản quan trọng trong điện toán lượng tử

Tiến bộ quan trọng này của nhóm nghiên cứu tại Đại học New South Wales (UNSW) tại Sydney được công bố trên tạp chí Nature.

Hình minh họa thiết bị cổng logic hai qubit được phát triển tại UNSW. Mỗi qubit electron (màu đỏ và xanh) có một 'spin', hay từ trường, được biểu thị bằng mũi tên. Các điện cực kim loại trên bề mặt được sử dụng để thao tác các qubit này, trong đó chúng tương tác để tạo ra một trạng thái vướng víu lượng tử.

“Những gì chúng tôi có là người thay đổi cuộc chơi”, GS. Andrew Dzurak, trưởng nhóm nghiên cứu và là Giám đốc Cơ quan Chế tạo quốc gia Australia tại UNSW nói. “Chúng tôi đã trình diễn một cổng logic 2 qubit - khối xây dựng trung tâm của một máy tính lượng tử - và điều quan trọng là nó được làm bằng silic. Bởi vì về cơ bản, chúng tôi sử dụng công nghệ tương tự công nghệ chế tạo chip máy tính hiện nay, chúng tôi tin rằng việc chế tạo một chip xử lý nguyên cỡ sẽ dễ dàng hơn nhiều so với tất cả các mẫu thiết kế hàng đầu dựa vào các công nghệ phức tạp hơn. Điều này làm cho việc chế tạo máy tính lượng tử khả thi hơn nhiều”.

Tiến bộ này đưa đến thành phần vật lý cuối cùng để hiện thực hóa máy tính lượng tử silic siêu mạnh, khai thác hành vi kỳ lạ của các hạt hạ nguyên tử để giải quyết những thách thức điện toán vượt ra ngoài tầm với của thậm chí các siêu máy tính nhanh nhất hiện nay.

Trong các máy tính cổ điển, dữ liệu được kết xuất dưới dạng các bit nhị phân, luôn luôn ở một trong hai trạng thái: 0 hoặc 1. Tuy nhiên, một bit lượng tử (hay qubit) có thể tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái được gọi là chồng chập. Hoạt động của qubit khai thác tính chất kỳ lạ lượng tử này bằng cách cho phép nhiều tính toán được thực hiện đồng thời (một hệ thống hai qubit thực hiện thao tác trên 4 giá trị, một hệ thống ba qubit trên 8, và v.v...).

“Nếu các máy tính lượng tử trở thành hiện thực, khả năng thực hiện các tính toán một và hai qubit là rất cần thiết”, Dzurak, người đồng dẫn dắt nhóm nghiên cứu vào năm 2012 trình diễn qubit silic đầu tiên, cho biết.

Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa thể làm cho hai qubit “nói chuyện” với nhau - và do đó chưa thể tạo ra một cổng logic - bằng silic. Nhưng nhóm nghiên cứu UNSW - hợp tác với GS. Kohei M. Itoh của Đại học Keio, Nhật Bản - lần đầu tiên đã làm được điều đó.

Kết quả này có nghĩa là tất cả các khối xây dựng vật lý cho một máy tính lượng tử dựa vào silic hiện nay đã được chế tạo thành công, cho phép các kỹ sư bắt đầu thiết kế và chế tạo máy tính lượng tử.

Một lợi thế quan trọng của phương pháp tiếp cận của UNSW là họ đã thiết lập lại cấu hình cho các transistor được sử dụng để xác định các bit trong chip silic hiện nay và biến chúng thành các qubit. “Chip silic trong điện thoại thông minh hay máy tính bảng của bạn có khoảng một tỷ transistor trong đó, với mỗi transistor có kích thước nhỏ hơn 100 phần tỷ của một mét”, TS. Menno Veldhorst từ UNSW và là tác giả chính của bài báo cho biết. “Chúng tôi đã biến hình (morph) những transistor silic này thành các qubit bằng cách đảm bảo rằng mỗi transistor chỉ có một electron liên kết với nó. Sau đó chúng tôi lưu mã nhị phân 0 hoặc 1 trên ‘'spin’ của electron liên kết với từ trường cực nhỏ của electron này”, ông nói thêm.

Dzurak cho biết: “Nhóm nghiên cứu gần đây đã được cấp bằng sáng chế cho một thiết kế chip máy tính lượng tử nguyên cỡ cho phép hàng triệu qubit thực hiện các loại tính toán mà chúng tôi chỉ vừa mới trình diễn thử nghiệm”.

Ông cho biết bước quan trọng tiếp theo của dự án là xác định các đối tác công nghiệp thích hợp để hợp tác chế tạo chip cho bộ xử lý lượng tử nguyên cỡ.

Một bộ xử lý lượng tử nguyên cỡ như vậy sẽ có những ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực tài chính, an ninh và y tế, cho phép xác định và phát triển các loại thuốc mới bằng cách tăng tốc đáng kể thiết kế bằng máy tính các hợp chất dược phẩm (và giảm thiểu thời gian thử nghiệm và kiểm tra lỗi kéo dài); phát triển vật liệu mới, nhẹ và mạnh hơn trong các thiết bị từ điện tử tiêu dùng cho đến máy bay; và tìm kiếm thông tin nhanh hơn thông qua các cơ sở dữ liệu lớn.

Theo Vista.gov.vn