Ngọc quý từ Namibia nắm giữ chìa khóa quan trọng trong chế tạo máy tính lượng tử

Quốc gia ven biển Namibia không chỉ nổi tiếng với cảnh đẹp, ngọc khai thác được tại đây vừa đa dạng, lại vừa được mọi vùng miền săn đón. Nhưng trong số những cộng đồng chú ý tới ngọc quý vùng Namibia, chúng ta thấy có cả các nhà khoa học máy tính.

Từ khoáng thạch khai thác ở đất nước Nam Phi, các nhà khoa học có thể tạo ra một loại ánh sáng đặc biệt, dẫn lối cho những hệ thống máy tính lượng tử quang học mới. Theo lời nhóm nghiên cứu tới từ Đại học Thánh Andrews, những cỗ máy tính lượng tử này có thể giải những bài toán đang làm đau đầu cả ngành nghiên cứu bấy lâu nay.

Cuprite
Cuprite.

Phối hợp với các nhà khoa học tới từ Đại học Harvard (Mỹ), Đại học Macquarie (Úc), Đại học Aarhus (Đan Mạch), nhóm các nhà nghiên cứu sử dụng khoáng thạch cuprite (cấu tạo từ đồng oxit - Cu2O) để tạo ra giả hạt (tạm dịch, với từ gốc là “quasiparticle”) Rydberg. Với những khái niệm vật lý ta đang biết, giả hạt Rydberg trong nghiên cứu mới là trạng thái phối kết hợp giữa hạt ánh sáng và hạt vật chất, có kích cỡ lớn nhất từng ghi nhận được.

Giả hạt Rydberg liên tục chuyển đổi trạng thái giữa hạt photon và hạt vật chất. Trong trạng thái này, hạt ánh sáng và hạt vật chất như hai mặt của một đồng xu, và thông qua “mặt” vật chất của "đồng xu lượng tử", các giả hạt có thể tương tác với nhau.

Tương tác này tối quan trọng trong việc hình thành giả lập lượng tử - quantum simulator, là một loại máy tính lượng tử đặc biệt lưu thông tin bằng các bit lượng tử (qubit). Không giống với các bit máy tính được lưu với hai giá trị 0 và 1, qubit có thể hiển thị hoặc 0, hoặc 1 hoặc một trạng thái chồng của cả hai. Điều đó cho phép máy tính lượng tử lưu trữ được nhiều thông tin hơn, đồng thời thực hiện được nhiều tác vụ một lúc.

Một hệ thống giả lập lượng tử có thể giải quyết những vấn đề tồn đọng trong vật lý, hóa học, sinh học, … đồng thời lắp ghép vật chất để tìm ra những siêu vật liệu ứng dụng được cho cuộc sống tương lai.

Máy tính lượng tử của Google.

Dự án do giáo sư Hamid Ohadi dẫn dắt đã có những kết quả khả quan đầu tiên, và nhóm đã đăng tải nghiên cứu trên tạp chí Nature Materials. Giáo sư đến từ Trường Vật lý Thiên văn trực thuộc Đại học Thánh Andrews nói: “Việc tạo ra được giả lập lượng tử từ ánh sáng chính là chiếc chén thánh của ngành khoa học. Chúng tôi đã có được một bước nhảy vọt thông qua việc tạo thành giả hạt Rydberg, vốn là chìa khóa của [nghiên cứu]”.

Để tạo được giả hạt Rydberg, nhóm đã khóa chặt ánh sáng giữa hai tấm gương phản chiếu. Sau đó, các nhà khoa học dát mỏng, đánh bóng khoáng thạch cuprite khai thác từ Namibia, đặt nó vào giữa hai tấm gương. Lớp khoáng thạch chỉ mỏng 30 micromet (mỏng hơn sợi tóc con người) nằm giữa hai lớp phản chiếu đã tạo ra được giả hạt Rydberg lớn chưa từng có, gấp 100 lần kỷ lục trước đây.

Giáo sư Sai Kiran Rajendran, một trong những tác giả chính của nghiên cứu, nhận định: “Việc mua khoáng thạch trên eBay dễ vô cùng. Thử thách nằm ở chỗ tạo ra được giả hạt Rydberg tồn tại trong một phổ màu hạn hẹp”.

Hiện tại, nhóm nghiên cứu tới từ nhiều quốc gia đang hoàn thiện cách thức tạo giả hạt Rydberg, hướng tới chế tạo mạch lượng tử, một thành phần thiết yếu khác của giả lập lượng tử.

Cập nhật: 21/04/2022 Theo Pháp luật&bạn đọc