CHLB ĐỨC – Các nhà nghiên cứu tại viện công nghệ Karlsruhe (KIT – Karlsruhe Institute of Technology) đang nghiên cứu các chuyển pha lượng tử (quantum transistion) (*) mang tính đột biến trong quá trình đo lường và phát triển các chiến lược để ngăn ngừa sai số.

Máy tính lượng tử được kỳ vọng sẽ đảm nhiệm những nhiệm vụ có độ phức tạp cao trong tương lai. Tuy nhiên, đối với các máy tính lượng tử siêu dẫn, việc đọc chính xác kết quả thí nghiệm vẫn là một vấn đề lớn, bởi quá trình đo có thể dẫn đến những chuyển pha lượng tử gây nhiễu. Các nhà khoa học tại viện KIT và đại học Sherbrooke (University of Sherbrooke) (thuộc thành phố Québec, Canada) đã nghiên cứu về các quá trình này thông qua thực nghiệm, đồng thời chỉ ra rằng việc hiệu chuẩn điện tích trên các qubit (*) có thể giúp ngăn ngừa lỗi do sai số. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
(*) Qubit (quantum bit – bit lượng tử): là đơn vị thông tin cơ bản của máy tính lượng tử, tương tự như bit trong máy tính thông thường, nhưng có những đặc tính hoàn toàn khác. So sánh bit và qubit.
– Bit (máy tính cổ điển): chỉ có thể ở một trong hai trạng thái 0 hoặc 1.
– Qubit (máy tính lượng tử): có thể ở 0, 1, hoặc đồng thời cả 0 và 1, trạng thái này gọi là chồng chập lượng tử.

Qubit được tạo từ transmon
Không thể phủ nhận tiềm năng to lớn của máy tính lượng tử trong việc giải quyết các vấn đề của tương lai, như việc phát triển các vật liệu mới với những tính chất được xác định chính xác. Bộ xử lý lượng tử hoạt động dựa trên các qubit (đơn vị thông tin có thể tồn tại không chỉ ở trạng thái 0 hoặc 1, mà còn ở cả hai trạng thái đồng thời). Bên cạnh đó, các qubit có thể rối (entangled) với nhau, tạo nên năng lực tính toán vượt trội. Nhờ vậy, máy tính lượng tử đặc biệt phù hợp với những bài toán cực phức tạp cao như mật mã học hay các mô phỏng trong khoa học tự nhiên và kỹ thuật.

Qubit có thể được chế tạo từ transmon (những “nguyên tử nhân tạo” cấu thành từ các mạch điện siêu nhỏ). Chúng có tính siêu dẫn, tức không có điện trở ở nhiệt độ thấp. Hiện nay, transmon được xem là loại qubit siêu dẫn ổn định nhất, đồng thời dễ chế tạo và điều khiển.

Qubit có thể chuyển sang các trạng thái không mong muốn trong quá trình đo
Tuy nhiên, khi mở rộng quy mô các máy tính lượng tử dựa trên qubit siêu dẫn, đặc biệt là transmon, việc đọc kết quả thí nghiệm một cách đáng tin cậy mà không làm xáo trộn trạng thái lượng tử vẫn gặp nhiều khó khăn. Trong quá trình đọc, một số lượng lớn photon vi sóng được đưa vào bộ cộng hưởng, có thể khiến qubit “nhảy” lên các mức năng lượng cao hơn. Quá trình này (tương tự hiện tượng ion hóa nguyên tử dưới tác động của ánh sáng mạnh) làm cho phép đo trở nên không chính xác.

Giáo sư Ioan M. Pop, trưởng nhóm nghiên cứu máy tính lượng tử tại viện vật liệu và công nghệ lượng tử (IQMT – institute for quantum materials and technologies) thuộc viện KIT, cho biết: “Nếu chúng ta hiểu rõ ở mức số photon nào trong bộ cộng hưởng và ở giá trị điện tích nào trên transmon, thì qubit sẽ chuyển sang các trạng thái không mong muốn, chúng ta có thể tối ưu hóa quy trình đo, chẳng hạn bằng cách lựa chọn có chủ đích các tham số vận hành hoặc ổn định điện tích”. 

Chiến lược thực tiễn cho phép đọc lượng tử đáng tin cậy hơn
Trong một nghiên cứu hợp tác, các nhà khoa học tại viện IQMT và viện vật lý (PHI – institute of physics) thuộc viện KIT, cùng đại học Sherbrooke đã tiến hành các thí nghiệm nhằm hiểu rõ hơn tác động ngược của phép đo đối với qubit siêu dẫn, đồng thời phát triển những chiến lược thực tiễn để nâng cao độ tin cậy của việc đọc lượng tử.

Tiến sĩ Mathieu Féchant, nhà nghiên cứu về máy tính lượng tử tại viện IQMT, chia sẻ: “Một trong những khó khăn lớn khi nghiên cứu các chuyển pha lượng tử do phép đo gây ra là sự tồn tại của các dao động điện tích trong mạch (một vấn đề phổ biến đối với mọi nền tảng ở trạng thái rắn). Trong công trình này, chúng tôi liên tục theo dõi và hiệu chuẩn lại tham số này trong khi thay đổi cường độ đọc.”

Kết quả thực nghiệm phù hợp với mô hình lý thuyết
Các kết quả thực nghiệm phù hợp với những mô hình lý thuyết được đề xuất gần đây, qua đó xác nhận sự hiểu biết về các cơ chế vật lý nền tảng. Nhóm nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc hiệu chuẩn chủ động điện tích trên các transmon cho phép tiến hành phép đọc trong những dải số photon mà các chuyển tiếp lượng tử gây nhiễu được giảm thiểu.

Về lâu dài, nghiên cứu này được kỳ vọng sẽ góp phần hạn chế lỗi do sai số trong quá trình đọc và qua đó nâng cao độ tin cậy của các máy tính lượng tử siêu dẫn.

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

 

Nguồn: Hannover Messe

Lưu ý: 

Để xem và khai thác hiệu quả nội dung của video clip nói trên (từ YouTube/ một dịch vụ của Google), Quý vị có thể thực hiện các bước sau:
1. Nếu tốc độ internet nhanh, có thể mở chế độ xem toàn màn hình bằng cách nhấn vào khung [ ] tại góc phải (phía dưới góc phải của video)
2. Chọn chế độ hình ảnh tốt nhất của đoạn video, hãy click vào hình bánh xe răng cưa và chọn chất lượng cao hơn (hoặc HD) theo ý muốn
3. Để hiển thị nội dung phụ đề, nhấn vào nút biểu tượng phụ đề [cc]. Một số video không có chức năng này sẽ không có biểu tượng phụ đề.
4. Quý vị có thể nghe hiểu tiếng Anh và có nhu cầu chia sẻ thông tin đến cộng đồng, hãy hỗ trợ techMAG biên dịch nội dung video và gửi cho chúng tôi để có cơ hội đăng thông tin lên technologyMag.net