Trong cuộc đua phát triển máy tính lượng tử mạnh mẽ, các kỹ sư tại Đại học South Wales (UNSW) Sydney đã khám phá ra một giải pháp độc đáo cho máy tính lượng tử: thạch.

Không, không phải những món ngọt có màu sắc và hương vị khác nhau làm mê mẩn chiếc răng hảo ngọt của chúng ta, mà là những vùng chấm lượng tử dạng thạch kéo dài được đặt một cách chiến lược giữa các cặp qubit, là đơn vị cơ bản của thông tin lượng tử.

Các chấm lượng tử này tạo thêm không gian cho việc nối dây trong mạch vi mạch mà không làm gián đoạn tương tác giữa các qubit được ghép nối.

Mặc dù khái niệm chấm lượng tử thạch đã được khám phá trước đây trong các vật liệu như gali arsenua, nghiên cứu này đánh dấu minh chứng đầu tiên về khả năng tồn tại của chúng trong silicon, một vật liệu có tầm quan trọng lớn trong lĩnh vực điện toán lượng tử.

Jelly Bean để giải cứu

Phó giáo sư Arne Laucht, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích rằng silicon đặc biệt có giá trị vì cơ sở hạ tầng hiện có để sản xuất chip, vì chip silicon được sử dụng rộng rãi trong các máy tính cổ điển.

Ngoài ra, chip silicon mang lại lợi thế là chứa số lượng lớn qubit, khiến chúng trở thành ứng cử viên lý tưởng cho điện toán lượng tử.

Các nhà khoa học và kỹ sư phải đối mặt với những thách thức đặc biệt liên quan đến sự gần gũi của các qubit. Các đơn vị lượng tử này phải được đặt gần nhau để thuận tiện cho việc trao đổi thông tin, nhưng chúng cũng cần có đủ không gian để tích hợp các dây kết nối. Theo cách tiếp cận thông thường, khi các qubit được tách ra để nhường chỗ cho hệ thống dây điện, sự tương tác của chúng sẽ chấm dứt.

Tuy nhiên, sự ra đời của dung dịch đậu thạch mang lại sự cân bằng đáng chú ý trong điệu nhảy tinh tế này.

Bằng cách bẫy các electron bổ sung giữa các qubit, các cấu hình dạng chuỗi gợi nhớ đến kẹo dẻo được hình thành. Mặc dù chỉ có các electron ở hai đầu của cấu trúc thạch này tham gia tích cực vào quá trình tính toán, nhưng các electron trong các chấm thạch đảm bảo ảnh hưởng liên tục giữa các qubit được ghép nối, ngay cả khi chúng cách nhau về khoảng cách.

Zeheng Wang, đồng tác giả của bài báo, nhấn mạnh tầm quan trọng của số lượng electron bổ sung trong các chấm lượng tử thạch.

Họ phát hiện ra rằng một số ít điện tử dẫn đến sự hình thành các vũng nhỏ hơn bên trong các chấm, trong khi số lượng điện tử lớn hơn—khoảng 15 đến 20—tạo ra cấu trúc thạch đồng nhất và liên tục hơn.

Sự sắp xếp có trật tự của các electron này cho phép các trạng thái lượng tử và spin được xác định rõ ràng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ghép qubit.

Cũng đọc: Các nhà khoa học mở khóa cánh cửa để điều khiển ánh sáng lượng tử Bước đột phá lớn trong vật lý!

chấm lượng tử thạch

Mặc dù cột mốc này chứng minh tính khả thi của chấm lượng tử Jellybean, nhóm nghiên cứu thừa nhận rằng vẫn còn nhiều việc phải hoàn thành. Giai đoạn tiếp theo của nghiên cứu của họ liên quan đến việc tích hợp các qubit chức năng ở mỗi đầu của chấm lượng tử jellybean và thiết lập giao tiếp giữa chúng.

Phó giáo sư Arne Laucht cho biết: “Thật tuyệt khi thấy công việc này được thực hiện. Nó làm tăng niềm tin của chúng tôi rằng các bộ ghép hạt thạch có thể được sử dụng trong máy tính lượng tử silicon và chúng tôi rất vui mừng được thử triển khai chúng với qubit tiếp theo”.

Việc sử dụng sáng tạo các chấm lượng tử Jellybean này mở ra những con đường mới cho sự tiến bộ của công nghệ điện toán lượng tử.

Có khả năng là lĩnh vực từng đông đúc của các vi mạch lượng tử có thể dễ thở hơn một chút, mở đường cho sự phát triển của các máy tính lượng tử mạnh hơn và hiệu quả hơn.

Những phát hiện của nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials.

Những bài viết liên quan: Các nhà khoa học Caltech lần đầu tiên tạo ra ‘Hố giun bé’ bằng máy tính lượng tử