Xem bản thử nghiệm

Các khoa học gia Úc xây dựng thành công mẫu transistor lượng tử

Leopard , Leopard  

Ngày máy tính lượng tử chào đời không còn xa?

Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc phòng Kỹ thuật Điện & Truyền Thông của ĐH New South Wales (UNSW) vừa công bố một thành tựu của nhóm này khi tạo ra transistor lượng tử đầu tiên dựa vào một nguyên tử đơn phosphorus (P). Thành tựu này đặt ra một bước tiến mới trong việc hiện thực hoá máy tính lượng tử (quantum computer), một thiết bị mà về lý thuyết sẽ cho năng lực tính toán gấp hàng ngàn lần các máy tính hiện nay.

cac-khoa-hoc-gia-uc-xay-dung-thanh-cong-mau-transistor-luong-tu

Máy tính lượng tử đặt nền móng dựa trên khái niệm bít lượng tử (quantum bit hay qubit). Qubit này về bản chất cũng tương tự hai bit 0 và 1 quen thuộc với chúng ta bất lâu nay. Vấn đề với máy tính lượng tử là ở chỗ là làm sao phân tách, "đọc hiểu" và "ghi đè" giá trị mới lên các qubit vật lý. Theo công trình của nhóm UNSW, transistor lượng tử của họ lấy spin của electron làm qubit do chúng có hai trạng thái "up" và "down".

cac-khoa-hoc-gia-uc-xay-dung-thanh-cong-mau-transistor-luong-tu
Transistor lượng tử của UNSW gồm 1 nguyên tử P (đỏ) ở giữa, đám mây electron (xanh) bao quanh
với mũi tên đi lên chỉ spin "up". Trạng thái spin này được điều khiển bởi trường vi sóng (xanh) đang hướng
thẳng vào nguyên tử P. 

Transistor mà nhóm này thực hiện cũng dựa trên nền silion quen thuộc bấy lâu nay trong giới công nghiệp. Nhưng khác biệt ở chỗ thay vì dùng các cổng (gate) để tạo ra hiệu ứng trường (field effect) vốn làm thay đổi khả năng dẫn điện của kênh dẫn (channel) nằm bên dưới, thì transistor lượng tử này dùng một trường vi sóng (microwave) để thay đổi trạng thái spin của đám mây electron (orbital) bao quanh nguyên tử P. Khi trạng thái spin thay đổi thì đặc tính dẫn điện của nguyên tử P cũng thay đổi: dòng điện chạy qua được chiếc transistor với spin "up" và ngược lại khi spin "down". Khả năng hoạt động như công tác đóng/ngắt của nguyên tử P là chìa khoá dựng lên transistor lượng tử.

cac-khoa-hoc-gia-uc-xay-dung-thanh-cong-mau-transistor-luong-tu
Hình ảnh một số dạng đám mây electron, là cơ sở để lập ra các mạch logic của nhóm UNSW. 

Vấn đề tiếp theo trong việc phát triển máy tính lượng tử, là làm sao ghép nối hai transistor này lại với nhau, tạo ra các mạch logic mà vẫn hoạt động như ý của nhà nghiên cứu. Trong bản prototype mà UNSW thí nghiệm, hai transistor được đặt cách nhau 15nm. Orbital của hai nguyên tử P sẽ chồng lấn lên nhau và sự thay đổi spin electron của nguyên tử này sẽ kéo theo sự thay đổi spin electron của nguyên tử kế cận. Hiện UNSW vẫn đang hoàn tất việc xây dựng mạch logic trên.

Giáo sư Andrea Morello thuộc nhóm này cho biết cần 1 - 2 năm để họ hoàn thành công trình này. Trong trường hợp nếu họ thành công trong việc xây dựng lên các mạch logic lượng tử, một tương lai không xa về chip xử lý và máy tính lượng tử là hoàn toàn có thể.

Tham khảo The Register.

Bình luận

NỔI BẬT TRANG CHỦ