Các nhà khoa học Úc đã tạo ra mạch máy tính lượng tử đầu tiên trên thế giới - một mạch chứa tất cả các thành phần cơ bản của một con chip máy tính cổ điển, nhưng ở quy mô lượng tử. Khám phá mang tính bước ngoặt, được công bố ngày hôm qua trên tạp chí Nature, đã được chín năm thực hiện.
"Đây là một khám phá thú vị trong sự nghiệp của tôi", tác giả cao cấp và nhà vật lý lượng tử Michelle Simmons, người sáng lập Điện toán lượng tử Silicon và giám đốc Trung tâm xuất sắc về công nghệ truyền thông và điện toán lượng tử của UNSW, nói với ScienceAlert.
Simmons và nhóm của cô ấy không chỉ tạo ra thứ về cơ bản là một bộ xử lý lượng tử chức năng, mà họ còn thử nghiệm thành công nó bằng cách mô phỏng một phân tử nhỏ trong đó mỗi nguyên tử có nhiều trạng thái lượng tử—điều mà một máy tính truyền thống khó có thể đạt được.
Điều này cho thấy rằng chúng ta hiện đang tiến một bước gần hơn đến việc cuối cùng khai thác sức mạnh của quá trình xử lý lượng tử để hiểu rõ hơn về thế giới xung quanh chúng ta, ngay cả ở quy mô nhỏ nhất.
"Vào những năm 1950, Richard Feynman nói rằng chúng ta sẽ không bao giờ hiểu thế giới hoạt động như thế nào - cách thiên nhiên vận hành - trừ khi chúng ta có thể bắt đầu làm điều đó trên cùng một quy mô," Simmons nói với ScienceAlert. “Nếu chúng ta có thể bắt đầu hiểu các vật liệu ở cấp độ này, chúng ta có thể tạo ra những thứ chưa từng được tạo ra trước đây. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để thực sự kiểm soát tự nhiên ở cấp độ này?".
Để tạo ra bước nhảy vọt trong lĩnh vực điện toán lượng tử, các nhà nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi quét đường hầm trong chân không cực cao để đặt các chấm lượng tử với độ chính xác dưới nanomet. Vị trí của mỗi chấm lượng tử phải chính xác để sơ đồ có thể bắt chước cách các electron di chuyển dọc theo một hàng cacbon có một hoặc hai liên kết trong phân tử polyacetylene.
Phần khó nhất là tìm ra chính xác có bao nhiêu nguyên tử phốt pho trong mỗi chấm lượng tử, khoảng cách chính xác giữa mỗi chấm và sau đó thiết kế một cỗ máy có thể đặt các chấm nhỏ theo một trật tự chính xác bên trong một con chip silicon. Các nhà nghiên cứu cho biết nếu các chấm lượng tử quá lớn, sự tương tác giữa hai chấm trở nên "quá lớn để có thể kiểm soát độc lập với nhau".
Cũng thú vị:
- IBM đã công bố kế hoạch tạo ra một bộ xử lý lượng tử 4000 qubit
- Các nhà nghiên cứu đã phá kỷ lục thế giới về truyền thông được mã hóa lượng tử
Polyaxetylen được chọn vì nó là một mô hình nổi tiếng và do đó có thể được sử dụng để chứng minh rằng máy tính đang mô hình hóa chính xác chuyển động của các electron trong phân tử.
Do các nhà khoa học hiện có hiểu biết hạn chế về cách thức hoạt động của các phân tử ở cấp độ nguyên tử nên có nhiều giả định liên quan đến việc tạo ra các vật liệu mới. Simmons nói: “Một trong những điều quan trọng nhất luôn là chế tạo chất siêu dẫn nhiệt độ cao. Một ứng dụng tiềm năng khác của điện toán lượng tử là nghiên cứu quá trình quang hợp nhân tạo và cách ánh sáng được chuyển hóa thành năng lượng hóa học thông qua các phản ứng dây chuyền hữu cơ.
Một vấn đề lớn khác mà máy tính lượng tử có thể giải quyết là tạo ra phân bón. Liên kết ba của nitơ hiện nay bị phá vỡ trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao với sự có mặt của chất xúc tác sắt để tạo ra nitơ cố định cho phân bón. Tìm một chất xúc tác khác có thể làm cho phân bón hiệu quả hơn có thể tiết kiệm rất nhiều tiền và năng lượng.
Bạn có thể giúp Ukraine chiến đấu chống lại những kẻ xâm lược Nga. Cách tốt nhất để làm điều này là quyên góp quỹ cho Các lực lượng vũ trang của Ukraine thông qua Cuộc sống tiết kiệm hoặc thông qua trang chính thức NBU.
Đọc thêm:
- Máy tính lượng tử không được làm mát đầu tiên trên thế giới đã được cài đặt ở Úc
- Các nhà khoa học đã tìm ra cách kết hợp lý thuyết tương đối và cơ học lượng tử