Hiệu ứng bảo vệ hốc cộng hưởng giúp bảo toàn thông tin lượng tử

Các thiết bị điện tử được sử dụng cho máy tính chỉ biết đến hai trạng thái khác nhau: 0 hoặc 1. Trong khi đó các hệ lượng tử có thể có nhiều trạng thái khác nhau xảy ra trong cùng một lúc, chúng có thể lưu trữ vô số trạng thái của 0 và 1, điều này tạo nên đặc tính "siêu trạng thái" (superposition). Hiện tượng này có thể sử dụng để chế tạo các máy tính lượng tử siêu nhanh, nhưng có một số trở ngại công nghệ trước hết cần khắc phục. Vấn đề lớn nhất đó là các trạng thái lượng tử bị phá hủy nhanh do tương tác với môi trường. Tại Đại học công nghệ Viên (Vienna University of Technology - TU Wien), các nhà khoa học đã thành công trong việc sử dụng tại một hiệu ứng bảo vệ để giúp tăng cường sự ổn định của hệ lượng tử mang nhiều hứa hẹn.

Hệ thống lượng tử được nghiên cứu tại TU Wien: một khối kim cương đen (ở giữa) được kết nối với một bộ công hưởng vi sóng

Máy tính lượng tử gồm hai hệ thống

Theo nhóm nghiên cứu cho biết, có một số khái niệm khác nhau về máy tính lượng tử và họ đã sử dụng một hệ thống lai ghép hai công nghệ lượng tử hoàn toàn khác nhau. Nhóm nghiên cứu đã kết hợp  giữa sóng cực ngắn (microwave) với nguyên tử (atoms), họ đã nghiên cứu và chế tạo ra một dạng bộ nhớ lượng tử mới. Hai nhà lý thuyết Dmitry Krimer và Stefan Rotter đã phát triển một mô hình lý thuyết mô tả các động thái phức tạp trong các hệ thống lượng tử lai ghép này.

Trong một chiếc máy cộng hưởng vi sóng, các photon được tạo ra. Chúng tương tác với spin của các nguyên tử nitơ, các nguyên tử này được gắn vào một viên kim cương. Bộ cộng hưởng vi sóng được sử dụng để vận chuyển nhanh thông tin lượng tử. Các spin nguyên tử trong viên kim cương có thể lưu trữ thông tin, ít nhất là trong một khoảng thời gian vài trăm nano giây, đây là khoảng thời gian dài so với thời gian các photon di chuyển trong hốc cộng hưởng vi ba.

Theo Stefan Putz, nghiên cứu sinh tiến sĩ  tại Đại học Công nghệ Viên cho biết: "Tất cả các nguyên tử nitơ đều hoàn toàn giống hệt nhau. Nhưng khi chúng được đặt vào trong các môi trường xung quanh hơi khác nhau, chúng trở nên có tần số chuyển tiếp hơi khác nhau". Có thể tưởng tượng các spin nguyên tử hoạt động giống như một căn phòng chất đầy những chiếc đồng hồ quả lắc. Ban đầu chúng có thể dao động đồng bộ, nhưng chúng có thể không giống nhau một cách chính xác nữa và cuối cùng chúng bị mất nhịp độ tạo nên tiếng ồn ngẫu nhiên.

Bằng cách tạo ra một sự kết đôi mạnh giữa các spin nguyên tử và hốc cộng hưởng, có thể kéo dài đáng kể thời gian các spin dao động trong một khoảng thời gian chính xác - nếu mức năng lượng của chúng tuân theo sự phân bố thích hợp, theo các nhà nghiên cứu cho biết. Các spin nguyên tử không trực tiếp tương tác với nhau, thực tế là chúng được kết hợp chung với cộng hưởng vi sóng để ngăn chặn chúng chuyển sang trạng thái không thể sử dụng để xử lý thông tin lượng tử. Tác dụng bảo vệ này giúp làm tăng đáng kể khoảng thời gian để có thể đọc hết được thông tin lượng tử từ các spin nguyên tử.

Theo các nhà nghiên cứu cho biết, việc gia tăng thời gian kết hợp lượng tử bằng hiệu ứng bảo vệ hốc cộng hưởng này mở ra nhiều ứng dụng đầy triển vọng về các hệ thống lượng tử lai ghép. Công trình nghiên cứu này đã được công bố trên Tạp chí Nature Physics.

Theo Vista.vn