IBM Research vừa công bố một công nghệ lượng tử đột phá, cho phép các nhà nghiên cứu định vị và kiểm soát đặc tính trên từng nguyên tử riêng lẻ. Trong tương lai, đây có thể là nền tảng để xây dựng các hệ thống máy tính lượng tử hữu dụng.
Nhóm nghiên cứu của IBM Research phát triển kỹ thuật này nhằm xây dựng hệ thống mô phỏng điện toán lượng tử. Máy tính nhị phân truyền thống chúng ta đang sử dụng chỉ có thể dùng số 0 và 1 để tạo thành dữ liệu. Thiết bị hoạt động như một công tắc đèn, chỉ có thể tắt hoặc mở, nhưng máy tính lượng tử lại hoạt động theo cơ chế khác. Hệ thống này có thể bật và tắt cùng lúc, nhờ một thuộc tính được gọi là superposition (xếp chồng lên nhau). Trạng thái này có thể được hiểu tương tự như giữ cho công tắc đèn ở trạng thái lưng chừng, không tối không sáng, hoặc nửa tối nửa sáng.
IBM Research đã tạo ra một trình mô phỏng thuộc tính này bằng cách làm cho các nguyên tử titan phát ra từ tính tương tự như trạng thái chồng chất lượng tử. Về bản chất, họ sử dụng một thiết bị đặc biệt gọi là Kính hiển vi quét xuyên hầm (Scanning Tunneling Microscope – STM), có một đầu nhỏ như kim có thể tìm các nguyên tử và đẩy qua lại quanh môi trường.
“Trong thử nghiệm, chúng tôi sử dụng thuộc tính lượng tử của nguyên tử titan được gọi là “spin” (xoay) để mô tả một qubit. Khi nguyên tử titan xoay sẽ tạo ra từ tính, hoạt động giống như kim la bàn. Tương tự viên nam châm, mỗi nguyên tử titan đều có hai cực từ bắc và nam, hai hướng xác định mô tả hai trạng thái “0” và “1” của qubit. Chúng tôi đặt nguyên tử titan trên mặt phẳng đặc biệt là một lớp magie oxit (magnesium oxide) siêu mỏng, bề mặt này có tác dụng bảo vệ từ tính và cho phép nguyên tử titan thể hiện đặc tính lượng tử của mình”, IBM viết trên blog.
Trong công nghệ lượng tử, những nguyên tử titan có nhiều đặc tính thú vị. Các nhà nghiên cứu sử dụng từng đợt xung vi sóng để sắp xếp, điều chỉnh vị trí các nguyên tử. Những đợt xung vi sóng phát ra từ đầu kim nhỏ của STM, buộc nguyên tử phải xoay theo các chiều nhất định, như vũ công múa một cách trật tự trên sân khấu. Bằng cách này, các nhà nghiên cứu đã mô phỏng thành công trạng thái xung đột lượng tử (quantum entanglement) trong hệ thống 2 qubit. Bên cạnh đó, nghiên cứu này còn có ý nghĩa to lớn trong lĩnh vực công nghệ điện toán lượng tử.
Dù có nhiều đột phá gần đây trong công nghệ lượng tử, chúng ta vẫn đang trong giai đoạn “tiền bảng tính”, các nhà vật lý học vẫn còn tương tác với lượng tử và tia laser, đi qua nhiều vòng và giai đoạn phức tạp. Nếu kỹ thuật này thất bại, họ sẽ xem xét phương pháp mới, xây dựng hệ thống khác để tiếp tục nghiên cứu.
Theo The Next Web