Chip lượng tử Majorana 1 của Microsoft ra đời nhờ một trạng thái vật chất 'chưa từng tồn tại': Năm ngoái chỉ quan sát, năm nay đã kiểm soát được

Microsoft vừa công bố Majorana 1 , một con chip lượng tử mà họ tuyên bố có thể giúp máy tính lượng tử giải quyết các vấn đề phức tạp trong thế giới thực trong vòng vài thập kỷ tới. Điểm đặc biệt của con chip này không chỉ nằm ở khả năng tính toán mà còn ở việc Microsoft khẳng định họ đã kiểm soát được một trạng thái vật chất hoàn toàn mới – điều mà trước đây chỉ tồn tại trên lý thuyết.

Máy tính lượng tử được xem là tương lai của công nghệ tính toán, nhưng một trong những trở ngại lớn nhất của lĩnh vực này là tỷ lệ lỗi quá cao . Qubits – đơn vị tính toán cơ bản trong máy tính lượng tử – cực kỳ nhạy cảm với môi trường xung quanh, có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, nhiễu vật liệu hoặc tác động từ bên ngoài. Điều này khiến hệ thống trở nên không ổn định, và các nhà nghiên cứu vẫn đang tìm cách giảm thiểu lỗi để máy tính lượng tử có thể hoạt động chính xác hơn.

Microsoft tin rằng họ có thể giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng "qubit tô-pô" (topological qubit) , một loại qubit đặc biệt được tạo ra từ trạng thái vật chất hoàn toàn mới . Theo Krysta Svore, một chuyên gia cấp cao tại Microsoft, nhóm nghiên cứu của họ đã có thể không chỉ quan sát mà còn kiểm soát một hạt hạ nguyên tử vốn chỉ tồn tại trong lý thuyết trước đây – hạt Majorana.

Hạt Majorana có một đặc tính vô cùng đặc biệt: nó vừa là hạt, vừa là phản hạt của chính nó . Điều này có nghĩa là khi hai hạt Majorana gặp nhau, chúng có thể triệt tiêu lẫn nhau, hoặc đôi khi vẫn tồn tại cùng nhau. Sự tương tác này có thể giúp tạo ra một loại vật liệu mới mà Microsoft gọi là topoconductor , hoạt động như một chất bán dẫn nhưng cũng có tính siêu dẫn. Chính điều này giúp Majorana 1 có thể lưu trữ thông tin theo cách chống lỗi tốt hơn các qubit thông thường, từ đó làm tăng độ ổn định của máy tính lượng tử.

Về mặt kỹ thuật, con chip Majorana 1 được chế tạo dựa trên một dây nano siêu dẫn từ indium arsenide , kết nối hai dây topoconductor theo hình chữ H. Khi được đặt trong từ trường, các hạt Majorana xuất hiện ở hai đầu của chữ H và có thể được kiểm soát thông qua sóng vi ba. Microsoft tuyên bố họ có thể đo lường chính xác đến mức phân biệt giữa một tỷ và một tỷ lẻ một electron trong dây siêu dẫn , từ đó giúp máy tính lượng tử xác định trạng thái của qubit một cách chính xác hơn.

Dù những tuyên bố của Microsoft nghe có vẻ đầy hứa hẹn, giới khoa học vẫn rất thận trọng . Công ty đã công bố một số kết quả nghiên cứu trung gian, nhưng ngay cả trong bài báo của họ, chính Microsoft cũng thừa nhận rằng chưa có bằng chứng xác thực hoàn toàn rằng trạng thái vật chất họ quan sát được thực sự là tô-pô . Trong quá khứ, đã từng có những nghiên cứu khẳng định tìm thấy trạng thái Majorana nhưng sau đó phải rút lại vì kết quả không chính xác.

Microsoft khẳng định rằng nếu mọi thứ đúng như kỳ vọng, công nghệ này có thể giúp máy tính lượng tử trở nên hữu dụng chỉ trong vài năm tới , thay vì vài thập kỷ như trước đây. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất vẫn là mở rộng quy mô . Hiện tại, họ mới chỉ chế tạo được một con chip với tám qubit tô-pô , trong khi mục tiêu là phải đạt tới một triệu qubit để máy tính lượng tử thực sự mạnh mẽ.

Dù có nhiều nghi vấn, đây vẫn là một bước tiến lớn trong lĩnh vực điện toán lượng tử. Nếu những tuyên bố của Microsoft là chính xác, thế giới có thể chứng kiến một cuộc cách mạng trong công nghệ tính toán trong tương lai gần. Nhưng nếu không, Majorana 1 có thể sẽ chỉ là một trong nhiều thí nghiệm chưa hoàn thiện, giống như những lần "đột phá" lượng tử trước đây.