Các nhà khoa học đã tạo ra mạng máy tính lượng tử lớn nhất và phức tạp nhất từ trước đến nay, nhận được 20 bit lượng tử vướng víu khác nhau, hoặc qubit, để nói chuyện với nhau.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã có thể đọc thông tin chứa trong tất cả những cái được gọi là qubit, tạo ra một nguyên mẫu "bộ nhớ ngắn hạn" lượng tử cho máy tính. Trong khi những nỗ lực trong quá khứ đã vướng vào các nhóm hạt lớn hơn trong laser ultracold, đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu có thể xác nhận chúng thực sự nằm trong một mạng.
Nghiên cứu của họ, được công bố ngày 10 tháng 4 trên tạp chí Vật lý Đánh giá X, đẩy máy tính lượng tử lên một tầm cao mới, tiến gần hơn đến cái gọi là "lợi thế lượng tử", trong đó qubit vượt trội hơn so với các bit cổ điển của máy tính dựa trên chip silicon, các nhà nghiên cứu cho biết .
Từ bit đến qubit
Điện toán truyền thống dựa trên ngôn ngữ nhị phân 0 và 1 - một bảng chữ cái chỉ có hai chữ cái hoặc một loạt các quả cầu được lật sang cực bắc hoặc cực nam. Các máy tính hiện đại sử dụng ngôn ngữ này bằng cách gửi hoặc dừng dòng điện qua các mạch kim loại và silicon, chuyển đổi cực từ hoặc sử dụng các cơ chế khác có trạng thái "bật hoặc tắt" kép.
Tuy nhiên, máy tính lượng tử sử dụng một ngôn ngữ khác - với số lượng "chữ cái" vô hạn.
Nếu các ngôn ngữ nhị phân sử dụng các cực bắc và nam của các quả cầu, thì điện toán lượng tử sẽ sử dụng tất cả các điểm ở giữa. Mục tiêu của điện toán lượng tử là cũng sử dụng tất cả các khu vực giữa các cực.
Nhưng một ngôn ngữ như vậy có thể được viết ở đâu? Nó không giống như bạn có thể tìm thấy vật chất lượng tử tại cửa hàng phần cứng. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã bẫy các ion canxi bằng chùm tia laser. Bằng cách tạo ra các ion này bằng năng lượng, chúng có thể di chuyển các electron từ lớp này sang lớp khác.
Trong vật lý học trung học, các electron nảy giữa hai lớp, giống như một chiếc xe thay đổi làn đường. Nhưng trong thực tế, các electron không tồn tại ở một nơi hoặc một lớp - chúng tồn tại ở nhiều nơi cùng một lúc, một hiện tượng được gọi là chồng chất lượng tử. Hành vi lượng tử kỳ quặc này mang đến cơ hội để nghĩ ra một ngôn ngữ máy tính mới - một ngôn ngữ sử dụng các khả năng vô hạn. Trong khi điện toán cổ điển sử dụng các bit, các ion canxi này trong sự chồng chất trở thành các bit lượng tử hoặc qubit. Mặc dù công việc trước đây đã tạo ra các qubit như vậy trước đây, mẹo để tạo ra một máy tính là lấy các qubit này để nói chuyện với nhau.
"Có tất cả các ion riêng lẻ này không thực sự là điều bạn quan tâm", Nicolai Friis, tác giả đầu tiên trên báo và là nhà nghiên cứu cao cấp tại Viện Quang học lượng tử và Thông tin lượng tử ở Vienna, nói với Live Science. "Nếu họ không nói chuyện với nhau, thì tất cả những gì bạn có thể làm với họ là một tính toán cổ điển rất tốn kém."
Nói chuyện bit
Để có được các qubit "nói" trong trường hợp này đã dựa vào một hậu quả kỳ quái khác của cơ học lượng tử, được gọi là sự vướng víu. Sự vướng víu là khi hai (hoặc nhiều) hạt dường như hoạt động theo cách phối hợp, phụ thuộc, ngay cả khi cách nhau bởi khoảng cách lớn. Hầu hết các chuyên gia nghĩ rằng các hạt vướng víu sẽ là chìa khóa như máy phóng máy tính lượng tử từ thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đến cuộc cách mạng điện toán.
"Hai mươi năm trước, sự vướng víu của hai hạt là một vấn đề lớn", đồng tác giả nghiên cứu Rainer Blatt, giáo sư vật lý tại Đại học Innsbruck ở Áo, nói với Live Science. "Nhưng khi bạn thực sự đi và muốn xây dựng một máy tính lượng tử, bạn phải làm việc không chỉ nói năm, tám, 10 hoặc 15 qubit. Cuối cùng, chúng ta sẽ phải làm việc với nhiều, rất nhiều qubit nữa."
Nhóm nghiên cứu đã cố gắng kết hợp 20 hạt lại với nhau thành một mạng được kiểm soát - vẫn thiếu một máy tính lượng tử thực sự nhưng là mạng lớn nhất như vậy cho đến nay. Và trong khi họ vẫn cần xác nhận rằng tất cả 20 người hoàn toàn vướng mắc với nhau, đó là một bước tiến vững chắc cho các siêu máy tính trong tương lai. Đến nay, các qubit vẫn chưa vượt trội so với các bit máy tính cổ điển, nhưng Blatt nói rằng thời điểm đó - thường được gọi là lợi thế lượng tử - đang đến.
"Một máy tính lượng tử sẽ không bao giờ thay thế các máy tính cổ điển; nó sẽ thêm vào chúng", Blatt nói. "Những điều này có thể được thực hiện."
