Một loại Qubit mới được thiết kế có thể giúp máy tính lượng tử mạnh hơn và nhỏ hơn bao giờ hết

Các nhà nghiên cứu tại Úc mới đây đã thiết kế được một loại qubit mới - đóng vai trò là nền tảng cơ bản của máy tính lượng tử - mà theo như họ sẽ giúp cho chúng ta có thể xây dựng được một cỗ máy tính lượng tử tầm cỡ.

Ở thời điểm hiện tại, có một vài phương án để tạo ra một cỗ máy tính lượng tử. Những cỗ máy kích cỡ nhỏ thì sẽ vô cùng phức tạp, nhưng nếu theo đuổi sự đơn giản thì kích cỡ của những cỗ máy sẽ trở nên cực kỳ khổng lồ.

Nhìn chung lợi thế của những phương pháp xử lý qubit truyền thống là việc chúng có nền tảng từ công nghệ và thiết bị có sẵn, khiến cho việc xây dựng các cỗ máy tính lượng tử trở nên dễ dàng hơn. Thế nhưng, khi đặt trong mối tương quan về mặt kích thước với số lượng qubit cần phải xử lý, thì khi có hàng ngàn qubit kết nối với máy tính; kích thước của cỗ máy tính lượng tử sẽ trở nên quá to để có thể lắp đặt.

Vấn đề kích cỡ luôn khiến các nhà nghiên cứu máy tính lượng tử phải đau đầu

Thế nhưng, loại qubit mới do các nhà nghiên cứu tại Úc tìm ra có thể được điều khiển bằng tín hiệu điện thay cho tín hiệu từ tính như trước đây. Điều này đồng nghĩa với việc các qubit có thể giữ trạng thái rối lượng tử ở khoảng cách xa hơn nhiều so với trước đó.

"Nếu chúng quá gần hoặc quá xa nhau, thì trạng thái 'rối lượng tử' giữa các qubit sẽ không xảy ra." - Guilherme Tosi, nhà nghiên cứu đã tìm ra loại qubit mới này cho biết.

Loại qubit mới có thể giữ trạng thái rối lượng tử ở khoảng cách xa khoảng vài trăm nanomet, nên về mặt lý thuyết chúng ta có thể xây dựng các cỗ máy tính lượng tử trên nền tảng silicon.

Đương nhiên chúng ta chỉ đang nói về mặt lý thuyết, bởi hiện tại những gì các nhà nghiên cứu đang nắm trong tay chỉ là bản thiết kế của cỗ máy mà thôi. Nhưng theo lời trưởng nhóm nghiên cứu Andrea Morello, thì phát hiện này hết sức quan trọng đối với ngành khoa học máy tính lượng tử.

Loại qubit này hoạt động bằng cách mã hóa thông tin trên cả hạt nhân và electron của nguyên tử phốt pho bên trong con chip silicon, và kết nối chúng với một mạng lưới điện cực. Sau đó toàn bộ thiết bị sẽ được làm lạnh tới gần 0 độ tuyệt đối; rồi đặt trong môi trường từ tính.

Giá trị của các qubit này sẽ được quyết định bởi các giá trị nhị phân tạm gọi là spin - nếu như electron ở trên và hạt nhân ở dưới, giá trị sẽ bằng 1. Ngược lại, thì giá trị bằng 0.

"Để điều khiển qubit này, bạn sẽ phải kéo electron ra xa hơn một chút khỏi hạt nhân bằng điện cực ở phía trên. Khi làm vậy, bạn cũng đã tạo ra được một lưỡng cực điện. Đây là một điểm khá quan trọng, do các lưỡng cực điện tác động vào nhau ở khoảng cách khá xa, cỡ 1000 nanomet".

"Điều này cũng đồng nghĩa với việc chúng ta có thể đặt các qubit xa hơn trước rất nhiều. Vậy nên, sẽ có nhiều khoảng trống hơn để đặt các thành phần khác; trong khi vẫn giữ được tính chính xác của các bit lượng tử."

Điều mà loại qubit mới này mang lại là sự cân bằng để các cỗ máy tính lượng tử trong tương lai có thể được thu nhỏ lại, nhưng vẫn không quá phức tạp.

Nghiên cứu này đã được đăng trên tạp chí Nature Communications.

Tham khảo ScienceAlert