Một nhóm nghiên cứu của trường Đại học Yale đã tạo ra được bộ xử lý lượng tử trạng thái rắn thô sơ đầu tiên, tiến thêm một bước đến hiện thực hóa giấc mơ chế tạo máy tính lượng tử.
Họ cũng đã sử dụng chip siêu dẫn 2 qubit để chạy các thuật toán sơ đẳng, như tìm kiếm đơn giản, lần đầu tiên giới thiệu việc xử lý thông tin lượng tử với thiết bị trạng thái rắn. Robert Schoelkopf, Giáo sư Vật lý ở Yale nói rằng “Bộ xử lý này mới chỉ có thể thực hiện ít nhiệm vụ lượng tử đơn giản, trước đó đã được thực hiện bằng từng hạt nhân, các nguyên tử và quang tử. Nhưng đây là lần đầu tiên chúng có thể ở trong một thiết bị điện tử hoàn toàn rất giống với vi xử lý thông thường.”
Kết hợp với nhóm các nhà vật lý lý thuyết dưới sự lãnh đạo của GS vật lý, Steven Girvin, nhóm nghiên cứu đã chế tạo được 2 nguyên tử nhân tạo, hay qubit (bit lượng tử). Mặc dù mỗi qubit thực tế được tạo thành từ một tỷ nguyên tử nhôm, nhưng nó hoạt động như một nguyên tử có thể giữ hai trạng thái năng lượng khác nhau. Các trạng thái này gần giống với các trạng thái “1” và “0” hay “bật” và “tắt” của các bit thường sử dụng trong các máy tính thông thường. Tuy nhiên, do các định luật khác thường của cơ học lượng tử, các nhà khoa học có thể đặt được các qubit vào “siêu vị trí” của đa trạng thái ở cùng một thời điểm, cho phép tạo được năng lực xử lý và lưu trữ thông tin lớn hơn rất nhiều.
Thí dụ, hình dung ta có 4 số điện thoại, trong đó có 1 số của người bạn muốn gọi, nhưng không biết số nào là của người bạn đó. Thông thường ta phải bấm 2 đến 3 số điện thoại trước khi bấm được số đúng. Thế nhưng, bộ xử lý quan tum có thể tìm ra số đúng ngay trong lần bấm số đầu tiên. Schoelkopf nói, “Thay vì phải quay số thứ nhất, sau đó đến số thứ hai, chúng ta có thể sử dụng cơ học lượng tử để đẩy nhanh quá trình này. Ở đây chúng ta dường như có thể đồng thời cho điện thoại kiểm tra cả 4 số, nhưng chỉ dừng lại ở số đúng”.
Những loại tính toán này, mặc dù đơn giản, nhưng cho đến nay vẫn không thể sử dụng các qubit trạng thái rắn một phần là do các nhà khoa học chưa có được các qubit tồn tại đủ lâu. Nếu như những qubit đầu tiên của một thập kỷ trước có thể duy trì các trạng thái lượng tử trong khoảng nano giây, thì giờ đây Schoelkopf và nhóm nghiên cứu của ông có thể giữ chúng trong khoảng micro giây - lâu hơn một nghìn lần, đủ để cho chạy các thuật toán đơn giản. Để thực hiện các thao tác của chúng, các qubit liên lạc với một qubit khác bằng “bus lượng tử” - là các hạt photon truyền thông tin qua các dây liên kết các qubit - được một nhóm nghiên cứu của ĐH Yale phát triển trước đây. Chìa khóa để tạo ra bộ xử lý 2 qubit là cho các qubit “bật” và “tắt” đột ngột, sao cho chúng thay đổi thông tin nhanh chóng và chỉ khi các nhà nghiên cứu mong muốn, Leonardo DiCarlo tác giả chính của bài báo cho biết.
Tiếp theo, nhóm sẽ nghiên cứu làm tăng thời lượng các qubit duy trì trạng thái lượng tử của chúng để chúng có thể chạy các thuật toán phức tạp hơn. Họ cũng đang tìm cách nối thêm qubit vào bus lượng tử. Năng lực xử lý tăng lên khủng khiếp (theo hàm số mũ) với mỗi qubit được thêm vào, Schoelkopf nói, vì vậy tiềm năng tính toán lượng tử cải tiến là rất lớn. Nhưng ông cũng cho biết rằng sẽ phải mất một thời gian nữa để các máy tính lượng tử có thể sử dụng giải quyết các vấn đề phức tạp.
OV (theo Nacesti)