Máy tính lượng tử được coi là một động lực chính trong việc thay đổi tương lai của công nghệ, nhưng việc đưa các hiện tượng lượng tử mong manh lên chip và làm cho chúng hoạt động trên quy mô lớn luôn là một thách thức khoa học. Một nhóm nghiên cứu tại Đại học New South Wales (UNSW) ở Úc gần đây đã đạt được một bước đột phá: lần đầu tiên, họ đã cho phép các hạt nhân nguyên tử tạo thành sự vướng víu lượng tử trong một con chip silicon và khiến chúng “giao tiếp” với nhau ở khoảng cách 20 nanomet, mở đường cho ứng dụng thực tiễn của máy tính lượng tử.
Mục lục
Hiện tượng vướng lượng tử là gì?
Hiện tượng vướng lượng tử giống như một cặp song sinh đồng bộ: ngay cả khi bị ngăn cách bởi khoảng cách rất xa, hành động của người này có thể ngay lập tức ảnh hưởng đến người kia. Hiện tượng này cho phép máy tính lượng tử xử lý lượng dữ liệu khổng lồ cùng một lúc, khiến chúng nhanh hơn nhiều lần so với máy tính truyền thống. Tuy nhiên, việc đạt được sự vướng lượng tử giữa các hạt nhân nguyên tử trên một con chip silicon không hề đơn giản. Trước đây, các hạt nhân nguyên tử phải chia sẻ cùng một electron để tương tác với nhau, giống như cách những người trong cùng một phòng chỉ có thể trò chuyện rõ ràng; một khi căn phòng đã đầy, rất khó để mở rộng thêm.
Một chiếc “điện thoại điện tử” mang tính đột phá.
Sự đổi mới của nhóm nghiên cứu UNSW nằm ở chỗ không còn dựa vào sự chia sẻ electron giữa các hạt nhân nguyên tử, mà thay vào đó sử dụng “khả năng khuếch tán” của electron như một cầu nối tín hiệu. Ngay cả khi hai hạt nhân nguyên tử cách nhau khoảng 20 nanomet (tương đương với một phần nghìn chiều rộng của sợi tóc người), chúng vẫn có thể thiết lập kết nối ổn định thông qua electron. Các nhà nghiên cứu mô tả điều này như sau: trước đây, các hạt nhân nguyên tử giống như bị nhốt trong một căn phòng cách âm, chỉ có thể giao tiếp trong phòng đó; giờ đây, nó giống như có một chiếc điện thoại, cho phép chúng giao tiếp xuyên qua các phòng.
Tương thích với các quy trình sản xuất chip hiện có
Khoảng cách 20 nanomet tương ứng chính xác với quy mô sản xuất của các chip máy tính và điện thoại di động hiện đại. Điều này có nghĩa là các máy tính lượng tử trong tương lai có thể được sản xuất hàng loạt trực tiếp bằng công nghệ bán dẫn hiện có, mà không cần phải thiết kế lại quy trình sản xuất. Đối với ngành công nghiệp bán dẫn, điều này làm tăng đáng kể khả năng máy tính lượng tử chuyển từ phòng thí nghiệm ra thị trường. Nhóm nghiên cứu của UNSW cho biết phương pháp này ổn định và có khả năng mở rộng, và có thể bổ sung thêm nhiều electron và hạt nhân nguyên tử trong tương lai để đạt được khả năng tính toán lượng tử quy mô lớn hơn.
Spin hạt nhân nguyên tử: cốt lõi của điện toán lượng tử
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng spin của các hạt nhân phốt pho trong các tấm silicon để lưu trữ thông tin lượng tử. Spin là một nguồn tài nguyên quan trọng giúp máy tính lượng tử vượt trội hơn máy tính truyền thống. Nghiên cứu cho thấy thông tin lượng tử có thể được lưu trữ trong các spin này trong hơn 30 giây, và tỷ lệ lỗi của các phép toán logic lượng tử nhỏ hơn 1%, chứng minh rằng các spin hạt nhân nguyên tử này vừa ổn định vừa cô lập, khiến chúng trở thành vật mang lý tưởng cho điện toán lượng tử.
Electron trở thành cầu nối tín hiệu như thế nào?
Mặc dù electron là những hạt rất nhỏ, chúng có thể khuếch tán trong không gian và tương tác với nhiều hạt nhân nguyên tử. Các nhà nghiên cứu đã ví điều này như việc mọi người ở trong một căn phòng cách âm, chỉ có thể giao tiếp trong phạm vi căn phòng đó; giờ đây, electron giống như những chiếc điện thoại, cho phép chúng giao tiếp xuyên khoảng cách. Phương pháp này phá vỡ giới hạn rằng các hạt nhân nguyên tử phải chia sẻ một electron duy nhất và là chìa khóa để đạt được khả năng mở rộng của máy tính lượng tử silicon.
Những thách thức và triển vọng tương lai
Ngay cả khi đã đạt được hiện tượng vướng lượng tử ở quy mô chip, việc xây dựng một hệ thống lượng tử tương đương với siêu máy tính vẫn đòi hỏi hàng trăm đến hàng nghìn qubit ổn định. Thách thức cốt lõi vẫn là mở rộng quy mô trong khi vẫn duy trì tỷ lệ lỗi thấp. Tuy nhiên, nghiên cứu này chứng minh khả năng chế tạo vi mạch lượng tử bằng cách sử dụng các quy trình bán dẫn hiện có, đưa máy tính lượng tử quy mô lớn đến gần hơn với hiện thực.
Kết luận
Bước đột phá của UNSW đánh dấu một bước tiến quan trọng cho điện toán lượng tử: các spin nguyên tử có thể trở nên vướng mắc và giao tiếp với nhau ở quy mô chip, cung cấp một phương pháp mới cho máy tính lượng tử có khả năng mở rộng. Khi công nghệ này tiếp tục phát triển, máy tính lượng tử được kỳ vọng sẽ thực sự tích hợp vào cuộc sống hàng ngày, làm thay đổi cách chúng ta thực hiện các phép tính và cả bối cảnh công nghệ.
Nguồn:
- “Sự vướng víu mở rộng của spin hạt nhân qua trung gian trao đổi điện tử” của Holly G. Stemp, Mark R. van Blankenstein, Serwan Asaad, Mateusz T. Mądzik, Benjamin Joecker, Hannes R. Firgau, Arne Laucht, Fay E. Hudson, Andrew S. Dzuoh và Andrew N. J.A. J. Morello, ngày 18 tháng 9 năm 2025, Khoa học.
- “Giống như nói chuyện điện thoại” – Bước đột phá lượng tử cho phép các nguyên tử riêng lẻ trò chuyện với nhau theo cách chưa từng có trước đây.
- Giống như cặp song sinh đồng bộ! Các hạt nhân nguyên tử đã thành công đạt được trạng thái vướng lượng tử lần đầu tiên bên trong một tấm silicon.
Về mài mòn: Chúng tôi cung cấp các điều chỉnh tùy chỉnh để điều chỉnh tỷ lệ theo nhu cầu gia công, nhằm đạt hiệu quả tối đa.
Hãy liên hệ với chúng tôi, sẽ có chuyên gia hỗ trợ giải đáp cho bạn.
Nếu cần báo giá tùy chỉnh, hãy liên hệ với chúng tôi.
Thời gian hỗ trợ khách hàng: Thứ Hai đến Thứ Sáu, từ 09:00 đến 18:00.
phone：07 223 1058
Nếu có chủ đề muốn tìm hiểu hoặc không thể nói rõ qua điện thoại, hãy nhắn tin trực tiếp qua Facebook nhé~~
honway fb：https://www.facebook.com/honwaygroup
Các bài viết mà bạn có thể quan tâm…
[wpb-random-posts]
