Tạo ra được trạng thái lượng tử trong đồ điện gia dụng, làm tiền đề xây dựng Internet lượng tử

Sau nhiều thập kỷ nỗ lực thu nhỏ đồ điện tử, ta có được những thiết bị điện “xịn” hơn, nhưng cũng đang gần chạm tới giới hạn mà định luật Moore đặt ra. Đối mặt với chướng ngại vật lớn nhất ngành điện tử là những bộ não sáng giá nhất trái đất, những kỹ sư và nhà khoa học tìm cho nhân loại một hướng đi mới: công nghệ thông tin lượng tử.

Công nghệ lượng tử vận dụng những quy luật kỳ lạ của thế giới hạt - những quy luật mà đến giờ khoa học vẫn chưa hiểu hết, chỉ biết rằng chúng không thể cùng tồn tại cùng đồ điện tử ta dùng hàng ngày. 

Thế nhưng ta đã có tin vui! Các nhà khoa học tại Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker thuộc Đại học Chicago vừa công bố đột phá mới: một trạng thái lượng tử đặc biệt, có thể tồn tại và được điều khiển bởi thiết bị điện làm từ silicon carbide, vật liệu bán dẫn được dùng nhiều trong ngành điện tử.

Chúng tôi bất ngờ vô cùng trước khả năng tạo ra và điều khiển các bit lượng tử trong đồ điện tử thông thường”, David Awschalom, trưởng ban nghiên cứu và cũng là người đi tiên phong trong lĩnh vực công nghệ lượng tử, cho hay. “Những khám phá mới này thay đổi cách nghĩ của ta về phát triển công nghệ lượng tử - có lẽ một ngày nào đó ta sẽ có thể sử dụng đồ điện gia dụng để tạo ra thiết bị lượng tử”.

Loading...

Tạo ra được trạng thái lượng tử trong đồ điện gia dụng, làm tiền đề xây dựng Internet lượng tử
Nhà vật lý học David Awschalom.

Trong hai báo cáo khoa học đăng tải trên Science và Science Advances, nhóm nghiên cứu của Awschalom chứng minh khả năng điều khiển trạng thái lượng tử bằng điện thông qua vật liệu silicon carbide. Đột phá này còn mở ra một khả năng nữa: đó là những thiết bị điện lượng tử thiết kế đơn giản, thay vì phải sử dụng những vật liệu cao cấp như kim loại siêu dẫn, kim cương hay nguyên tử lơ lửng trong không trung.

Các trạng thái lượng tử quan sát được trong silicon carbide còn tạo ra những photon với bước sóng gần tương đương với dải sóng viễn thông. “Khả năng này cho phép chúng có thể truyền tin bằng những đường cáp quang có sẵn, thứ dây dẫn đã đang vận chuyển 90% lượng dữ liệu quốc tế vòng quanh thế giới”, ông Awschalom nói.

Hơn nữa, những hạt photon này còn sở hữu những đặc tính riêng khi kết hợp với đồ điện tử hiện có. Như trong báo cáo đăng tải trên Science Advances, đội ngũ nghiên cứu có thể tạo ra “radio FM lượng tử”; tương tự như cách bạn bật đài nghe nhạc vậy, thông tin lượng tử cũng có thể được truyền đi rất xa.

Trong báo cáo đăng tải trên Science, nhóm nghiên cứu mô tả một độ phá nữa, một cách thức ứng phó với vấn đề thường gặp trong công nghệ lượng tử, đó là “nhiễu”.

Các thiết bị bán dẫn đều có pha tạp, và tại mức lượng tử, những tạp chất này có thể khiến thông tin lượng tử bị rối và tạo ra các nhiễu loạn điện từ”, đồng tác giả nghiên cứu Chris Anderson cho hay. “Có thể coi đây là vấn đề ảnh hưởng tới mọi công nghệ lượng tử”.

Thế nhưng, chỉ cần sử dụng thứ công cụ đơn giản của ngành điện, đó chính là thiết bị diode - một công tắc một chiều điều hướng electron, nhóm nghiên cứu đi tới kết luận bất ngờ: tín hiệu lượng tử bỗng không còn bị nhiễu, gần như ổn định tuyệt đối.

Tạo ra được trạng thái lượng tử trong đồ điện gia dụng, làm tiền đề xây dựng Internet lượng tử
Từ trái sang là các nhà nghiên cứu Kevin Miao, Chris Anderson và Alexandre Bourassa.

Trong thí nghiệm, chúng tôi đã phải cần tới tia laser, có điều chúng lại khiến electron bay lung tung trong vật liệu thử nghiệm. Chẳng khác gì cứ phải chơi nghe nhạc cướp ghế với electron vậy; khi tắt ánh sáng là mọi thứ ngay lập tức dừng lại, mỗi hạt nằm một nơi”, Alexandre Bourassa, đồng tác giả nghiên cứu nói. “Vấn đề nằm ở chỗ việc electron nằm ngẫu nhiên sẽ ảnh hưởng tới trạng thái lượng tử của hệ thống. Nhưng rồi chúng tôi phát hiện ra rằng khi đưa trường điện vào, sẽ có thể loại bỏ hết electron và khiến toàn hệ thống ổn định hơn nhiều”.

Bằng việc kết hợp vật lý của cơ học lượng tử với công nghệ bán dẫn đã được phát triển đến mức chín muồi, Awschalom và các cộng sự đã dẫn đầu cuộc cách mạng công nghệ lượng tử.

Công trình nghiên cứu này đưa chúng ta một bước gần hơn tới khả năng lưu trữ, phân phát thông tin lượng tử trên hệ thống cáp quang có sẵn”, ông Awschalom nói. “Mạng lưới lượng tử đó sẽ mang tới những công nghệ mới, cho phép xây nên những mạng liên lạc không thể hack được, có thể ‘dịch chuyển tức thời’ trạng thái hạt để rồi xây dựng Internet lượng tử”.

Loading...
TIN CŨ HƠN
Máy in 3D

Máy in 3D "xây dựng" khu dân cư đầu tiên trên thế giới

Những ngôi nhà được xây bằng công nghệ 3D với tốc độ nhanh và chi phí rẻ phục vụ cho nhiều hộ gia đình nghèo ở Mexico sắp được hoàn thành.

Đăng ngày: 14/12/2019
Những công nghệ sẽ cách mạng hóa tương lai của y học

Những công nghệ sẽ cách mạng hóa tương lai của y học

Công nghệ tiến bộ không ngừng qua từng ngày và tác động đến mọi lĩnh vực trong cuộc sống. Y học trong tương lai không chỉ chữa trị mà còn giúp con người chống chọi được với bệnh tật.

Đăng ngày: 14/12/2019
Canada thử nghiệm máy bay chạy hoàn toàn bằng điện đầu tiên trên thế giới

Canada thử nghiệm máy bay chạy hoàn toàn bằng điện đầu tiên trên thế giới

Chiếc máy bay thương mại chạy hoàn toàn bằng điện đầu tiên trên thế giới đã có chuyến bay thử nghiệm tại thành phố Vancouver của Canada.

Đăng ngày: 12/12/2019
Siêu du thuyền trông giống cá voi sát thủ

Siêu du thuyền trông giống cá voi sát thủ

Công ty đóng tàu của Italy tiết lộ những hình ảnh concept đầu tiên của chiếc du thuyền hạng sang lấy cảm hứng từ thế giới tự nhiên.

Đăng ngày: 10/12/2019
Quân đội Mỹ muốn có một đội quân kết hợp giữa binh sỹ và robot vào năm 2050

Quân đội Mỹ muốn có một đội quân kết hợp giữa binh sỹ và robot vào năm 2050

Quân đội Mỹ đang đặt mục tiêu có thể xây dựng một đội quân thiện chiến, kết hợp từ những binh sỹ giỏi và các công nghệ hỗ trợ, giống như một cyborg (sinh vật cơ khí hóa) trước năm 2050.

Đăng ngày: 08/12/2019
Công nghệ giúp con người nhìn thế giới qua đôi mắt động vật

Công nghệ giúp con người nhìn thế giới qua đôi mắt động vật

Công nghệ phân tích mô hình màu định lượng giúp nhà khoa học hiểu rõ hành vi của động vật, ứng dụng để xác định cách ngụy trang của chúng.

Đăng ngày: 07/12/2019
Cảnh sát Mỹ sử dụng súng trói nghi phạm giống vũ khí của Batman

Cảnh sát Mỹ sử dụng súng trói nghi phạm giống vũ khí của Batman

Cảnh sát Mỹ đang sử dụng một loại súng bắn dây trói rất giống với thiết bị siêu anh hùng Batman thường sử dụng để trấn áp tội phạm.

Đăng ngày: 07/12/2019
Tiêu điểm
Khoa Học News