Vật chất lượng tử mới có thể dẫn điện với vận tốc gần bằng ánh sáng

Các nhà khoa học đang cố gắng biến giấc mơ máy tính lượng tử trở thành sự thực.

Các nhà vật lý học vẫn đang tiến hành thử nghiệm những vật chất lượng tử 2 chiều có thể "lật đổ" được ngôi vị bá vương của graphene – thứ vật liệu kỳ diệu của tương lai.

Những vật liệt mới ấy có thể truyền tải điện nhanh gần bằng vận tốc ánh sáng, thay thế được silicon trong những thiết bị điện tử tương lai. Thậm chí, một trong những vật liệu ấy còn tạo nên một "chất siêu dẫn" mới, mang khả năng bẽ gãy cả tính đối xứng của thời gian hay đảo ngược cả dòng thời gian.

"Cuối cùng, chúng tôi có thể mang những lý thuyết cao siêu của vật lý để tạo nên một thứ gì đó hữu dụng", một trong các nhà nghiên cứu tại Đại học California, ông Jing Xia nói.

"Chúng tôi đang khám phá khả năng tạo được nên những chiếc máy tính lượng tử mới chỉ là lý thuyết ở thời điểm hiện tại".

Hai nhà nghiên cứu, Cheng Gong và Xiang Zhang đang cầm trên tay vật liệu CGT.

Xia và đội ngũ của mình, cùng với nhiều nhà nghiên cứu từ các trường đại học khắp nước Mỹ và Trung Quốc đã và đang nghiên cứu về tiềm năng của một số vật chất lượng tử có thể cách mạng hóa ngành sản xuất máy tính trong thập kỷ tới đây. Kết quả của những nghiên cứu trên đều đã được đăng tải trên 3 ạp chí uy tín là Nature, Science Advances và Nature Materials.

Họ chú ý nhiều tới những vật chất có cả đặc tính điện tử lẫn từ tính – những đặc tính cần thiết cho bộ nhớ máy tính hay bất kì hệ thống lưu trữ dữ liệu nào.

Ta đã có được một siêu vật chất như thế, đó là graphene. Tấm nguyên tử carbon 2 chiều này cực kì mểm dẻo, cứng hơn kim cương mà lại rắn hơn thép, có tiềm năng cực lớn trong việc dẫn điện nhưng nó có một điểm trừ lớn: nó không có từ tính, do đó không (hoặc là chưa) thể sử dụng trong ngành sản xuất máy tính được.

Nhưng đó là lúc người họ hàng của nó – chromium germanium telluride (CGT) – lên tiếng. Sử dụng kính hiển vi nhạy từ tính hiện đại nhất thế giới mang tên Sagnac, đội ngũ đã quan sát cấu trúc hiển vi của CGT và đo được rằng nó chỉ có độ dày bằng hai nguyên tử, chiều dài và chiều rộng đều chỉ vài micron (1 centimet = 10.000 micromet). Tóc của con người chỉ có đường kính từ 17 cho tới 180 micron.

Cấu trúc mỏng của CGT.

Khi vật chất đạt nhiệt độ -233 độ C, đội ngũ xác nhận rằng chúng có thêm từ tính. Kết quả của thí nghiệm này đã trả lời được câu hỏi vốn làm nhức nhối giới vật lý lượng tử, rằng từ tính có thể tồn tại trong vật liệu tồn tại 2 chiều hay không.

"Đây là một khám phá vô cùng thú vị", nhà nghiên cứu Xiang Zhang từ đội ngũ nghiên cứu tại Đại học California nói. "Thử nghiệm này đã mang tới cho ta bằng chứng về một nam châm mỏng tới mức một nguyên tử, điều này sẽ làm nhiều người vô cùng bất ngờ".

Cùng với khả năng dẫn điện, vật liệu này đã tự chứng minh được tiềm năng của mình trong tương lai của ngành máy tính lượng tử.

Sử dụng băng dính đặc biệt để "bóc" từng lớp vật liệu ra, tạo ra sản phẩm cuối cùng.

Trong số những vật liệu được nghiên cứu, một vật chất lượng tử nữa là sự kết hợp giữa bismuth và kền cũng rất đáng chú ý. Cụ thể, khi các nhà nghiên cứu đưa hai nguyên tố trên tiếp xúc tại nhiệt độ -269 độ C, chúng "tạo thành một chất siêu dẫn có thể bẻ gãy tính đảo ngược đối xứng của thời gian". Chúng có khả năng đảo ngược dòng chảy của thời gian.

"Tưởng tượng rằng bạn vặn ngược đồng hồ lại khiến cho cốc trà đỏ đã được hòa tan biến thành màu xanh. Có phải điều đó sẽ khiến cho tách trà cực kì kì lạ không? Điều này cũng rất kì lạ khi áp dụng với các chất siêu dẫn khác", nhà nghiên cứu Xia nói.

"Đây là lần đầu tiên yếu tố này được quan sát trên những vật liệu 2 chiều".

Giờ đây, khi biết thêm chút ít về khả năng của những vật liệu lượng tử này, ta sẽ phải tìm cách áp dụng được chúng vào thực tế, để biến những "tiềm năng" kia trở thành sự thực. Tất cả để tới một cái đích cuối cùng mang tên máy tính lượng tử.