Các nhà khoa học đã làm việc trong nhiều năm về việc triển khai tính toán lượng tử trong thực tế hàng ngày. Mặc dù các cuộc trình diễn thành công đầu tiên của công nghệ như vậy đã diễn ra vào cuối những năm 1990, máy tính lượng tử rất mỏng manh và cần được bảo trì nghiêm túc để đảm bảo hoạt động trơn tru của chúng, khiến việc tạo ra chúng để sử dụng trong các ứng dụng hàng ngày là một thách thức khá lớn.
Một trong những bộ phận phức tạp nhất của máy tính lượng tử là qubit siêu dẫn, một thành phần của tính toán lượng tử có chứa các cuộn cảm và tụ điện và dựa trên các mạch siêu dẫn. Tuy nhiên, theo nghiên cứu gần đây, qubit siêu dẫn có thể bị thu hẹp lại nhờ các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts đang phát triển một loại qubit mới sử dụng vật liệu siêu mỏng.
Một qubit là một yếu tố khó hiểu của công nghệ bởi vì nó mang theo tất cả những điều không chắc chắn của cơ học lượng tử. Trong khi một bit máy tính bình thường là nhị phân, có nghĩa là 1 hoặc 0, một qubit có thể là 1, 0 hoặc cả hai cùng một lúc. Điều này là do sự chồng chất lượng tử, nơi hai bước sóng hoặc hạt khác nhau có thể được kết hợp để chúng cùng tồn tại trong cùng một không gian. Về cơ bản, một hạt có thể ở hai nơi cùng một lúc, điều này cho phép qubit đồng thời là 1 hoặc 0. Điều này cho phép máy tính lượng tử tiết kiệm không gian cho dữ liệu, cũng như thực hiện các thuật toán hiệu quả hơn.
Để hoạt động, qubit phải được giữ ở nhiệt độ đóng băng gần với độ không tuyệt đối Kelvin. Điều này làm cho việc xây dựng một máy tính lượng tử trở nên tốn kém và rất khó khăn. Bởi vì những qubit này cũng sử dụng các hạt riêng lẻ, chúng có thể rất dễ bị ảnh hưởng bởi các dao động khác, ngay cả những rung động nhỏ. Hầu hết các qubit bao gồm một mạch nhôm siêu dẫn đặc biệt có thể làm cho một máy tính lượng tử trở nên khổng lồ.
Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts đang thách thức kích thước thông thường của qubit bằng cách sử dụng một vật liệu siêu mỏng. Những vật liệu này, chẳng hạn như boron nitride, chỉ dày vài lớp. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng boron nitride lục giác để tạo thành chất cách điện bên trong tụ điện qubit. Điều này cho phép giảm kích thước của tụ điện, làm cho tổng thể các qubit nhỏ hơn. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng họ có thể tạo ra qubit nhỏ hơn một phần trăm so với kích thước truyền thống từ vật liệu mới.
Điều này sẽ không chỉ giúp giảm kích thước của máy tính lượng tử mà còn giảm nhiễu hoặc xuyên âm giữa các qubit có thể cản trở hoạt động của máy tính lượng tử.
Mặc dù nghiên cứu này cho thấy rằng vẫn còn nhiều việc phải làm, nhưng nó nêu bật một bước quan trọng trong việc làm cho máy tính lượng tử trở nên dễ chấp nhận hơn. Với những thiết bị nhỏ hơn, xã hội sẽ dễ dàng sử dụng những cỗ máy này, biến điện toán lượng tử trở thành một phần quan trọng trong tương lai của chúng ta.
Đọc thêm:
- Máy tính lượng tử đầu tiên của châu Âu với hơn 5000 qubit đã được ra mắt
- 100 năm vật lý lượng tử: Từ lý thuyết của những năm 1920 đến máy tính'thốt ra