Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một nghiên cứu bằng chứng về khái niệm hứa hẹn tính toán lượng tử ấm hơn, rẻ hơn và mạnh mẽ hơn. Và nó có thể được sản xuất bằng cách sử dụng đúc silicon chip thông thường.
Hầu hết các máy tính lượng tử đang được phát triển trên toàn thế giới sẽ chỉ hoạt động ở các phân số có độ trên độ không tuyệt đối. Điều đó đòi hỏi phải làm “lạnh” hàng triệu đô la và ngay khi bạn cắm chúng vào các mạch điện tử thông thường, chúng sẽ ngay lập tức bị quá nóng.
Nhưng bây giờ các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Giáo sư Andrew Dzurak tại UNSW Sydney đã giải quyết vấn đề này.
“Kết quả mới của chúng tôi mở ra một con đường từ các thiết bị thử nghiệm đến các máy tính lượng tử giá cả phải chăng cho các ứng dụng kinh doanh và chính phủ trong thế giới thực”, giáo sư Dzurak nói.
Tế bào đơn vị bộ xử lý lượng tử bằng chứng của các nhà nghiên cứu trên chip silicon hoạt động ở mức 1,5 Kelvin – ấm hơn 15 lần so với công nghệ dựa trên chip cạnh tranh chính được phát triển bởi Google, IBM và các công ty khác sử dụng các qubit siêu dẫn.
Ông Dzurak giải thích: “Điều này vẫn rất lạnh nhưng là nhiệt độ có thể đạt được chỉ bằng cách sử dụng điện lạnh trị giá vài nghìn đô la, thay vì hàng triệu đô la cần thiết để làm lạnh chip đến 0,1 Kelvin”.
Mặc dù khó đánh giá cao việc sử dụng các khái niệm nhiệt độ hàng ngày của chúng ta nhưng sự gia tăng này là cực kỳ trong thế giới lượng tử.
Máy tính lượng tử dự kiến sẽ vượt trội so với các máy tính thông thường cho một loạt các vấn đề quan trọng, từ chế tạo thuốc chính xác đến các thuật toán tìm kiếm. Thiết kế một cái có thể được sản xuất và vận hành trong môi trường thực tế, tuy nhiên, đại diện cho một thách thức kỹ thuật lớn.
Các nhà nghiên cứu của UNSW tin rằng họ đã vượt qua một trong những trở ngại khó khăn nhất cản trở máy tính lượng tử trở thành hiện thực.
Trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature, nhóm của Dzurak cùng với các cộng tác viên ở Canada, Phần Lan và Nhật Bản, báo cáo một tế bào đơn vị xử lý lượng tử bằng chứng khái niệm không giống như hầu hết các thiết kế được khám phá trên toàn thế giới, không cần phải hoạt động tại nhiệt độ dưới một phần mười của một Kelvin.
Nhóm của Dzurak lần đầu tiên công bố kết quả thử nghiệm của họ thông qua kho lưu trữ tiền in học thuật vào tháng 2 năm ngoái. Sau đó vào tháng 10 năm 2019, một nhóm ở Hà Lan do một cựu nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong nhóm của Dzurak, Menno Veldhorst, đã công bố một kết quả tương tự bằng cách sử dụng công nghệ silicon tương tự được phát triển tại UNSW vào năm 2014. Sự xác nhận về hành vi ‘qubit nóng’ này bởi hai nhóm ở hai phía đối diện của thế giới đã dẫn đến hai bài báo được xuất bản ‘back-to-back’ trong cùng một vấn đề của Tự nhiên ngày nay.
Các cặp Qubit là đơn vị cơ bản của điện toán lượng tử. Giống như sự tương tự điện toán cổ điển của nó – bit – mỗi qubit đặc trưng cho hai trạng thái, 0 hoặc 1, để tạo mã nhị phân. Tuy nhiên không giống như vậy một chút nào, nó có thể biểu hiện đồng thời cả hai trạng thái, trong cái được gọi là “chồng chất”.
Tế bào đơn vị được phát triển bởi nhóm của Dzurak bao gồm hai qubit bị giam cầm trong một cặp chấm lượng tử được nhúng trong silicon. Kết quả được nhân rộng để có thể được sản xuất bằng cách sử dụng các nhà máy sản xuất chip silicon hiện có và sẽ hoạt động mà không cần làm mát hàng triệu đô la. Nó cũng sẽ dễ dàng hơn để tích hợp với các chip silicon thông thường, sẽ cần thiết để kiểm soát bộ xử lý lượng tử.
Ví dụ, một máy tính lượng tử có thể thực hiện các tính toán phức tạp cần thiết để thiết kế các loại thuốc mới sẽ yêu cầu hàng triệu cặp qubit và thường được chấp nhận cách xa ít nhất một thập kỷ. Nhu cầu hàng triệu qubit này là một thách thức lớn đối với các nhà thiết kế.
“Mỗi cặp qubit được thêm vào hệ thống đều làm tăng tổng nhiệt sinh ra”, ông Dzurak giải thích, “và thêm nhiệt dẫn đến sai sót. Đó chủ yếu là lý do tại sao các thiết kế hiện tại cần phải được giữ gần bằng không.”
Triển vọng duy trì các máy tính lượng tử có đủ qubit sẽ hữu ích ở nhiệt độ lạnh hơn nhiều so với không gian sâu là rất đáng ngại, tốn kém và đẩy công nghệ làm lạnh đến giới hạn.
Tuy nhiên, nhóm UNSW đã tạo ra một giải pháp tinh tế cho vấn đề này bằng cách khởi tạo và “đọc” các cặp qubit bằng cách sử dụng các đường hầm electron giữa hai chấm lượng tử.
Các thí nghiệm chứng minh nguyên lý được thực hiện bởi Tiến sĩ Henry Yang từ nhóm UNSW, người mà Dzurak mô tả là một “nhà thực nghiệm xuất sắc”.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học New South Wales . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :