Chip silicon siêu tinh khiết đưa máy tính lượng tử tiến gần hơn một bước

Tháng Hai 04 07:30 2025

ANH – Các nhà khoa học tại Đại học Manchester, hợp tác với Đại học Melbourne ở Úc, đã sản xuất ra một dạng silicon siêu tinh khiết, nâng cao cho phép chế tạo các thiết bị qubit hiệu suất cao – một thành phần cơ bản cần thiết để mở đường cho máy tính lượng tử có khả năng mở rộng quy mô.

Những phát hiện được công bố trên tạp chí Communications Materials – Nature, có thể định nghĩa và thúc đẩy tương lai của điện toán lượng tử (1).
(1) Điện toán lượng tử (quantum computing): là một trong các phương pháp xử lý thông tin tiến bộ trong tương lai. Theo đó người ta sẽ sử dụng những nguyên lý của cơ học lượng tử để thực hiện các phép tính phức tạp trong một khoảng thời gian ngắn, do nhiều siêu máy tính nhanh nhất trên thế giới thực hiện. Điện toán lượng tử dựa trên bit lượng tử, gọi là quantum bit (viết tắt là Qubit).

Ông Richard Curry, Giáo sư Vật liệu Điện tử Tiên tiến tại Đại học Manchester, cho biết các nhà nghiên cứu đã tạo ra một ‘viên gạch’ quan trọng cần thiết để xây dựng một máy tính lượng tử dựa trên silicon. Giáo sư Richard nói rằng: “Đây là một bước quan trọng để biến một công nghệ có tiềm năng biến đổi nhân loại thành hiện thực; một công nghệ có thể cung cấp cho chúng ta khả năng xử lý dữ liệu ở quy mô lớn, đến mức chúng ta có thể tìm ra giải pháp cho các vấn đề phức tạp, như giải quyết tác động của biến đổi khí hậu và giải quyết các thách thức về chăm sóc sức khỏe”.

Một trong những vấn đề lớn nhất trong quá trình phát triển thiết bị này là qubit – khối xây dựng của máy tính lượng tử – rất nhạy cảm và cần một môi trường ổn định để duy trì thông tin mà chúng nắm giữ. Ngay cả những thay đổi nhỏ trong môi trường của chúng, bao gồm cả biến động nhiệt độ, cũng có thể gây ra lỗi máy tính.

Một vấn đề khác là quy mô của chúng: cả kích thước vật lý và sức mạnh xử lý. 10 qubit có sức mạnh xử lý tương đương với 1.024 bit trong một máy tính thông thường, và có khả năng chiếm một thể tích nhỏ hơn nhiều. Các nhà khoa học tin rằng một máy tính lượng tử hoạt động đầy đủ cần khoảng một triệu qubit, không khả thi đối với bất kỳ máy tính cổ điển nào.

Silicon là vật liệu nền tảng trong máy tính cổ điển, do các đặc tính bán dẫn của nó và các nhà nghiên cứu tin rằng nó có thể là câu trả lời cho máy tính lượng tử có khả năng mở rộng. Các nhà khoa học đã dành 60 năm qua để tìm hiểu cách chế tạo silicon, để làm cho nó hoạt động tốt nhất có thể, nhưng trong máy tính lượng tử, nó có những khó khăn riêng. Silicon tự nhiên được tạo thành từ ba nguyên tử có khối lượng khác nhau (gọi là đồng vị) – silicon 28, 29 và 30. Tuy nhiên, Si-29, chiếm khoảng 5% silicon, gây ra hiệu ứng ‘nuclear flip-flopping’ khiến qubit mất thông tin.

Các nhà khoa học từ Đại học Manchester đã tìm ra cách chế tạo silicon để loại bỏ các nguyên tử silicon 29 và 30, biến nó thành vật liệu hoàn hảo để chế tạo máy tính lượng tử ở quy mô lớn và có độ chính xác cao.

Kết quả được cho là loại silicon tinh khiết nhất thế giới – mở ra con đường tạo ra một triệu qubit, có thể được chế tạo với kích thước bằng đầu kim.

Ông Ravi Acharya, một nghiên cứu sinh tiến sĩ đã thực hiện công việc thử nghiệm trong dự án, giải thích rằng: “Ưu điểm lớn nhất của máy tính lượng tử silicon là các kỹ thuật tương tự được sử dụng để sản xuất chip – hiện đang có trong máy tính hàng ngày bao gồm hàng tỷ bóng bán dẫn – được sử dụng để tạo qubit cho các thiết bị lượng tử dựa trên silicon. Khả năng tạo ra qubit silicon chất lượng cao cho đến nay một phần bị giới hạn bởi độ tinh khiết của vật liệu silicon ban đầu được sử dụng. Độ tinh khiết đột phá mà chúng tôi trình bày ở đây giải quyết được vấn đề này.”

Khả năng mới này mở ra lộ trình hướng tới các thiết bị có khả năng mở rộng với hiệu suất và khả năng vô song, đồng thời hứa hẹn sẽ biến đổi công nghệ theo những cách khó tưởng tượng.

Giáo sư David Jamieson đến từ Đại học Melbourne cho biết kỹ thuật mới này mở ra con đường đến với những máy tính lượng tử đáng tin cậy, có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể trong toàn xã hội, bao gồm trí tuệ nhân tạo, dữ liệu và truyền thông an toàn, thiết kế vắc-xin và thuốc, sử dụng năng lượng, hậu cần và sản xuất.

Giáo sư David nói rằng: “Bây giờ chúng tôi có thể sản xuất silicon-28 siêu tinh khiết, bước tiếp theo của chúng tôi sẽ chứng minh rằng có thể duy trì tính nhất quán lượng tử cho nhiều qubit cùng một lúc. Một máy tính lượng tử đáng tin cậy chỉ với 30 qubit sẽ vượt quá sức mạnh của các siêu máy tính hiện nay đối với một số ứng dụng”.

Để xem các tin bài khác về “Máy tính lượng tử”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online

Bình luận hay chia sẻ thông tin